Krtko o zarzdzaniu pamieci

(1)

Programowanie w języku C++

Obiekty a zarządzanie pamięcią

Część siódma Roman Simiński roman.siminski@us.edu.pl www.us.edu.pl/~siminski Autor Kontakt

(2)

Pojęcie sterty

Pojęcie sterty ― heap― heap Sterta

Sterta (ang.heap) to wydzielony obszar pamięci:

przeznaczony do przechowywania danych dynamicznych,

kontrolowany ręcznie przez programistę,

ograniczony pod względem rozmiaru.

Typowy scenariusz wykorzystania sterty:

przydział niezbędnej w danym momencie ilości pamięci — najpóźniej jak to

możliwe,

wykorzystanie przydzielonego obszaru,

zwolnienie przydzielonej pamięci natychmiast, gdy nie jest już ona

potrzebna.

Rozmiar sterty zmienia się wraz ze zmianą środowiska systemowego i kompilatora. Zwykle jest on jednak wystarczający dla typowych programów. Jednak przetwarzanie grafiki czy danych multimedialnych może wymagać ustawień specyficznych.

(3)

Dynamiczny przydział pamięci w językach C i C++

Zarządzanie pamięcią przydzielaną dynamicznie w języku C

W języku C dynamiczny przydział pamięci realizowały funkcje:

**void * malloc( size_t size ),**

**void * calloc( size_t nitems, size_t size ),**

**void * realloc( void * ptr, size_t size ).**

Obszary pamięci przydzielone tymi funkcjami należało zwolnić funkcją:

**void free( void * ptr ).**

Zarządzanie pamięcią przydzielaną dynamicznie w języku C++

W języku C++ dynamiczny przydział pamięci realizować będzie:

operator new,

a zwalnianie przydzielonej pamięci:

operator delete.

(4)

Dynamiczny przydział pamięci w językach C i C++

Zarządzanie pamięcią przydzielaną dynamicznie w języku C

Funkcje przydzielające pamięć nie są częścią języka, pochodzą z biblioteki

zarządzania pamięcią.

Funkcje przedzielające pamięć traktowane są jako amorficzne bloki, o

liczonym w bajtach rozmiarze zdefiniowanym przez programistę.

Typ przdzielanych obszarów nie jest funkcją znany, programista musi

panować nad rozmiarami przydzielonych bloków.

Zarządzanie pamięcią przydzielaną dynamicznie w języku C++

Zarządzanie pamięcią zostało włączone języka, operatory new i delete są

znane kompilatorowi,

Stosowanie operatorów new i delete zapewnia aktywowanie konstruktorów

dla inicjalizacji tworzonych obieków oraz destruktorów dla czynności

(5)

Dynamiczny przydział pamięci w C++

Przydział pamięci dla obiektu klasy Square

Square * p; p = new Square; cout << p->getSide(); delete p;

Użycie operatora new powoduje przydzielenie pamięci dla obiektu w obszarze zwanym stertą, oraz inicjalizację tego obiektu z wykorzystaniem odpowiedniego konstruktora.

Utworzenie obiektu i inicjalizacja — wywołanie konstruktora bezparametrowego

Usunięcie obiektu i czynności kończące — wywołanie destruktora

Square * a = new Square; // Aktywowanie konstruktora domy lnegoś Square * b = new Square( 10 ); // Aktywowanie konstruktora ogólnego

Square * c = new Square( *b ); // Aktywowanie konstruktora kopiuj cegoą

Można sterować rodzajem inicjalizacji

Usuwanie obiektu operatorem delete

delete a; delete b; delete c;

(6)

Uwagi na temat zwalniania pamięci

Operator delete może być stosowany wyłącznie dla obiektów utworzonych operatorem new.

Mieszanie operatorów new i delete z funkcjami typu malloc i free daje niezdefiniowane rezultaty.

Jeżeli operator delete zostanie użyty dla wskaźnika zerowego, nic się nie stanie a operacja ta nie jest błędna.

Dwukrotne (lub wielokrotne) usunięcie tego samego obiektu jest błędem i prowadzi do problemów.

Uwaga — odwoływanie się do obszaru pamięci, który został wcześniej zwolniony jest błędem zarówno w C jak i w C++.

Square * p = new Square; . . .

delete p;

// To nie jest rozs dne: ą

p->setSide( 100 ); cout << p->getSide();

(7)

Uwagi na temat zwalniania pamięci

Dobrą praktyką jest zerowanie wskaźnika tuż po zwolnieniu pamięci,

Pozwala to na kontrolowanie czy można odwołać się do obiektu wskazywanego w innym miejscu programu.

Uwaga — w jęzuku C++ można zakładać, że wskaźnik pusty (pokazujący na nic) ma wartość zero. Korzystanie ze stałej NULL wymaga włączenia przynajmniej pliku nagłówkowego stddef.h.

Square * p = new Square; . . . delete p; p = 0; // Wersja 1-sza: if( p ) { p->setSide( 100 ); . . . } // Wersja 2-ga: if( p != 0 ) { p->setSide( 100 ); . . . } // Wersja 3-cia: if( p != NULL ) { p->setSide( 100 ); . . . } To jest rozsądne:

(8)

Przedział pamięci dla tablic obiektów

Operator new może być wykorzystany do utworzenia tablicy obiektów.

Stosowanie tego operatora zapewnia, że dla każdego elementu tablicy zostanie aktywowany konstruktor domyślny.

Square * sTab = new Square[ 10 ];

Tak utworzona tablica może być wykorzystana w normalny dla tablic sposób:

for( int i = 0; i < 10; i++ ) cout << sTab[ i ].getSide();

Taką tablicę należy jednak usunąć w specyficzny sposób:

delete [] sTab;

(9)

Dynamiczne tablice mogą mieć rozmiar określony zmienną

int numOfSquares;

cout << "Podaj liczbe kwadratow :"; cin >> numOfSquares;

Square * sTab = new Square[ numOfSquares ]; for( int i = 0; i < numOfSquares; i++ )

cout << sTab[ i ].getSide() << endl; delete [] sTab;

Operatory new i delete mogą być stosowane dla typów wbudowanych

int n;

cout << "Podaj liczbe elementow:"; cin >> n;

int * iTab = new int[ n ]; for( int i = 0; i < n; i++ ) cout << iTab[ i ] << endl; delete [] iTab;

(10)

Należy uważać na dynamicznie przydzielane obszary pamięci

int n;

cout << "Podaj liczbe elementow:"; cin >> n;

int * iTab = new int[ n ]; . . .

iTab = new int[ 10 ]; // Poprzednio przydzielony obszar został utracony . . .

for( int i = 0; i < n; i++ ) cout << iTab[ i ] << endl; delete [] iTab;

Można temu częściowo zaradzić

int * const iTab = new int[ n ];

(11)

Przydział pamięci dla tablic wielowymiarowych

const int MAX_LINE_LEN = 256; int numOfLines;

char ( * lines )[ MAX_LINE_LEN ];

cout << "Podaj liczbe linii: "; cin >> numOfLines;

lines = new char[ numOfLines ][ MAX_LINE_LEN ];

for( int i = 0; i < numOfLines; i++ ) {

sprintf( lines[ i ], "Linia nr: %-2d", i + 1 ); cout << endl << lines[ i ];

}

delete [] lines;

Przy alokacji tablic wielowymiarowych wszystkie wymiary poza pierwszym muszą być nieujemnymi wyrażeniami o wartości znanej na etapie kompilacji. Wymiar pierwszy może być zadany zmienną.

(12)

Gdy pamięci jest za mało...

void out_of_memory() {

cerr << "Brak pami ci";ę exit( EXIT_FAILURE ); }

Jeżeli operator new nie potrafi znaleźć ciągłego, wolnego obszaru pamięci dla obiektu: sprawdza czy programista zdefiniował specjalną funkcję obsługi takiej sytuacji, jeżeli taka funkcja istnieje, jest ona wywoływana,

w przeciwnym wypadku generowany jest wyjątek, dawniej rezultatem operatora była wartość zero.

Programista definiuje własną funkcję obsługi braku pamięci wykorzystując funkcję

set_new_handler()

zdefiniowaną w pliku nagłówkowym new.h.

(13)

Czy to działa ― sprawdź kiedy skończy się pamięć

#include <iostream> #include <cstdlib> #include <new> using namespace std; void out_of_memory() {

cerr << "Brak pami ci";ę exit( EXIT_FAILURE ); } int main() { set_new_handler( out_of_memory ); for(;;) new int[ 100000 ]; return EXIT_SUCCESS; }