Дослідження структурних операторів операторного

Мета лабораторної роботи - вивчити блочну організацію програм Паскаль та Сі та стратегії розподілу пам'яті.

Теоретичні відомості

Програми на мовах Паскаль та Сі мають блочну організацію, що дозволяє керувати областю дії та періодом існування програмних об’єктів для ефективного використання памяті під час виконання програм.

Область дії та період існування програмного об’єкту залежить від використання відповідної стратегії розподілу виділеної під значення об’єкту пам'яті. Існують статичний та динамічний розподіл пам'яті, останній поділяється на розподіл у блоці та «купі».

Для програм з блочною структурою характерними рисами є мембраний ефект, регулюючий область дії програмних об’єктів, та засоби його подолання.

Статичний розподіл пам’яті

Статичні програмні об’єкти існують весь час життя програми та доступні в тій частині програми, в якій вони описані. Статичними програмними об’єктами у мові Pascal є всі об’єкти, які об’являються у секції Var головної програми (зовнішній блок) або як типізовані константи. У мові С статичні об’єкти об’являються з позначенням „static”.

Паскаль:

<опис змінної> ::= {див. лаб. 3}

<типізована константа>::= const<позначка імені>:<індикатор типу>=<R - вираз>;

<позначка імені>::= <ідентифікатор>

<R - вираз>::={див. лекції}

Наприклад:

const r : real = 5;

Сі:

модифікатор static

<опис змінної>::=static<індикатор типу>{*}₀²<ідентифікатор>;

Наприклад:

static float r1;

static float r2 = 5;

Динамічний розподіл пам’яті у блоці

Об’єкт, об’явлений у блоці (між { } ) існує від точки об’яви до кінця блоку. Об’єкт видаляеться з пам’яті перед виходом з блоку, при цьому значення обєкту втрачається. Змінні в мові Сі створюються та використовуються згідно з динамічною стратегію у блоці за замовчуванням або за допомогою позначення „auto” при описі.

Сі:

модифікатор auto

<опис змінної>::={auto}₀¹<індикатор типу>{*}₀²<ідентифікатор>;

<блок>::={{<опис змінної>}₁ⁿ{<оператор}₀^m}

Наприклад:

{

auto float r1;

float r2 = 5;

r1 = r1 + r2;

}

Об’єкт, який об’явлено у певному блоці, є доступнм у будь-якому вкладеному блоці. Але якщо у вкладеному блоці об’являється об’єкт з однаковим позначенням, то даний внутрішній об’єкт „покриває” зовнішній на період існування вкладеного блоку. Це явище іменується „мембранним ефектом:

void main (void)

{

int a=1, b=2;

{

int a=10; // a = 10, b = 2

static int c=3; // об’ява статичної змінної

}

// знову a = 1, b = 2. Змінна "a" з вкладеного блока видалена

// Змінна „c" існує та має значення "3", але є недоступною */

}

Динамічний розподіл пам’яті в “купі”

Динамічні об’кти у „купі” не мають власних імен та створюються та знищуються за допомогою спеціальних операцій. Доступ до цих об’ктів може бути здійснений тільки за допомогою покажчиків.

Паскаль:

<захоплення пам’яті>::=new(<позначка імені вказівної змінної>);

<звільнення пам’яті>::=dispose(<позначка імені вказівної змінної>);

Наприклад:

var

pI : ^integer;

begin

new pI;

pI^ := 25;

dispose pI;

end

Сі:

<захоплення пам’яті>::=<позначка імені вказівної змінної>=new<індикатор типу>;

<звільнення пам’яті>::=delete<позначка імені вказівної змінної>;

Наприклад:

main()

{

int *pI;

pI = new int;

*pI := 25;

delete pI;

}

Глобальний дозвіл видимості імен

Сі:

операція ::

<глобальний дозвіл>::=::<позначка імені глобальної змінної>

Наприклад:

int i = 45;

main()

{

float i = 10.1; // i = 10.1 ::i = 45

::i = ::i * 2; // i = 10.1 ::i = 90

i = i+ ::i; // i = 100.1 ::i = 90

}

Правила написання програм

При описі у програмі змінних, динамічних в блоку, давайте їм різні позначки імен (якщо це не одна й та же змінна).

Описуйте у програмі об'єкти якомога ближче до місця використання.

Перш ніж використати змінну-покажчик після розподілу пам'яті у “купі” (оператор new) необхідно перевірити наявність вільної пам'яті (значення вмісту не повинно бути NULL/Nil).

Своєчасно звільняйте пам'ять, “захоплену” в “купі” (оператори dispose/ delete)

Завдання

1. Вивчити блочну структуру програм на мовах Паскаль та Сі. Для цього:

а) написати програму на мові Паскаль, що складається з головного блоку begin – end;

б) написати програму на мові Сі, що складається з головного блоку main, декількох вкладених в main блоків, що є динамічно розподіленими по відношенню один до іншого, та ще декількох вкладених один в другий блоків.

2. Дослідити статичний розподіл пам’яті в мовах Паскаль та Сі. Для цього:

а) додати в програму на мові Паскаль опис декількох простих змінних різних типів, ініціалазованих при створенні, та в головному блоці використати ці змінні в виразах та лівій частині оператора привласнення;

б) виконати програму по кроках та дослідити у вікні перегляду (Watch), як будуть змінюватись значення імені та вмісту змінних (@ідентифікатор, ідентифікатор);

в) додати в програму на мові Сі опис статичних змінних у зовнішньому (поза блоком main) та у вкладених блоках та ініціалізувати змінні при створенні та за допомогою привласнення;

г) додати в різні блоки оператори привласнення, в яких використовуються описані змінні;

д) виконати програму по кроках та дослідити у вікні Watch, як будуть змінюватись значення імені та вмісту змінних (&ідентифікатор, ідентифікатор);

є) побудувати та виконати програму (використовуючи вікно Watch) таким чином, щоб продемонструвати всі особливості статичного розподілу пам’яті, описані в лекціях.

3. Дослідити динамічний розподіл пам’яті в блоці в мові Сі. Для цього:

а) додати в програму на мові Сі опис динамічних в блоці змінних у головному (main) та вкладених блоках та ініціалізувати змінні при створенні та за допомогою привласнення;

б) додати в різні блоки оператори привласнення, в яких використовуються описані змінні;

в) дослідити, як будуть змінюватись значення імені та вмісту змінних;

г) описати у вкладених блоках та використати в операторах привласнення змінні з однаковим значенням і дослідити мембранний ефект, аналізуючи значення імен та вмісту змінних при виконанні програми;

д) описати у динамічно розподілених блоках та використати в операторах привласнення змінні з однаковим значенням, дослідити та пояснити зміну значеннь імен та вмісту змінних при виконанні програми;

є) додати в програму наступний код:

// оператор, що дозволяє увійти в блок декілька разів

for (int i = 0; i < 5; i = i + 1)

{

static int iA = 0;

auto int iB = 0;

iA = iA + 1;

iB = iB + 1;

}

дослідити у вікні Watch та пояснити поведінку статичної та динамічної змінних;

ж) побудувати та виконати програму (використовуючи вікно Watch) таким чином, щоб продемонструвати всі особливості динамічного розподілу пам’яті в блоці, описані в лекціях.

4. Додати в програму на мові Сі приклад застосування операції глобального дозволу видимості імен.

5. Дослідити динамічний розподіл пам’яті в «купі» в мовах Паскаль та Сі. Для цього:

а) додати в програму на мові Паскаль опис першої типізованої вказівної змінної, захопити пам'ять в «купі», занести в «купу» значення та звільнити пам'ять (див. приклад);

б) виконати нижче опис дій п. 5.а по відношенню до другої вказівної змінної;

в) дослідити у вікні Watch значення імені, вмісту та розіменованого вмісту покажчиків (@ідентифікатор, ідентифікатор, ідентифікатор^);

г) звільняти і не звільняти пам'ять у «купі» та пояснити зміни у вікні Watch;

д) виконати дії пп. 5.а – 5.гв програмі на мові Сі (&ідентифікатор, ідентифікатор, *ідентифікатор);

є) виконати дії п. 5.а з одним покажчиком у вкладеному блоці програми на мові Сі, а з іншим – нижче, поза вкладеним. Звільняти і не звільняти пам'ять у «купі», захоплену першим, локальним покажчиком, та за допомогою Watch пояснити, як утворюється «сміття» в «купі»;

ж) навести в програмі на мові Сі інші приклади некоректних дій з покажчиками,що призводять до утворення «сміття».

Контроль знань та вмінь

Таблиця вмінь

Таблиця 17

Розподіл пам'яті
статичний	динамічний в блоці	динамічний в “купі”	глобальний дозвіл видимості імен
зовнішній блок	типізо-вані констан-ти	static	мембран-ний ефект	динаміч-но розподі-лені блоки	взаємо-дія static та auto	new	delete	взаємо-дія в блоках
п	с	с	п	с	п	с	с	с