Песни о Паскале

Деревенец Олег Виленович

Глава 52

Динамические переменные

В предыдущей главе вы узнали о размещении данных в оперативной памяти и познакомились с указателями, хранящими адреса переменных. Это была присказка… Ведь самый жгучий вопрос остался без ответа – зачем нужны

эти указатели?

Аппетит является к обеду

В программах для сортировки таблицы чемпионата и обработки классного журнала был заранее известен объёмом данных. Действительно, количество клубов в чемпионате известно любому болельщику. Чуть сложнее с классным журналом, – ведь ученики приходят и уходят. Но, взяв размер массива учеников с некоторым разумным запасом, мы решаем и эту проблему.

Но так будет не всегда. Есть немало задач, где предугадать объём данных нельзя даже приблизительно. Вот, к примеру, полицейская база данных по угнанным автомобилям, каков должен быть её размер? Тысяча или миллион элементов? В спокойной стране достаточно будет десятка, а там, где угоняют каждый третий автомобиль… Ох! Лучше не спрашивайте! Можно, конечно, объявить массив с солидным запасом, но это породит ещё две проблемы. Во-первых, большая часть массива вероятней всего будет пустовать, – разумно ли транжирить память попусту? Второй случай ещё злее: в какой-то момент не хватит даже этого запаса, и программа «рухнет».

Безупречное решение – выделять данным ровно столько памяти, сколько нужно. То есть, создавать переменные, когда нам надо, и уничтожать их, когда потребность в них отпадает. Отличная мысль! Двинемся в этом направлении!

Одолжите памяти немножко!

Вернитесь к рисунку 51-й главы, где показано размещение программ в оперативной памяти. Большая часть этой памяти остается «не вспаханной», свободной. Куча – так принято её называть (по-английски – Heap). Операционная система распоряжается кучей по своему усмотрению, и все же большие куски этой памяти простаивают без дела. Нельзя ли программе временно одолжить частичку? Оказывается, можно! Надо лишь освоить работу с указателями. В предыдущей главе мы применяли указатели на переменные, не видя в том особой пользы. Другое дело – участки памяти в куче, у которых нет имени. Здесь указатели – единственное средство для доступа к этим залежам.

Поскольку кучей заведует операционная система, за памятью обращаются к ней. Для этого в Паскале предусмотрено несколько процедур и функций, две из которых – процедуры New и Dispose – мы и рассмотрим.

Выделение памяти

Для получения кусочка памяти из кучи, вызывают процедуру New (что значит «новый»). Этой процедуре нужен лишь один параметр – указатель некоторого типа. Процедура бронирует в куче кусок соответствующего размера, и адрес этого куска помещает в указатель. Так рождается новая переменная в куче. Рассмотрим пример.

var York : ^Integer; { указатель на целое }

begin

New(York); { выделено два байта из кучи, адрес в переменной York }

York^:=123;

Writeln(York^); { 123 }

end.

Здесь

объявлен указатель на целое число по имени York. При выполнении процедуры New(York) из кучи выделяется 2 байта (для целого числа), и адрес этого кусочка попадает в указатель York. Чтобы воспользоваться выделенным участком как обычной переменной, указатель разыменовывают.

Спрашивается: откуда операционная система узнает объём запрашиваемой памяти (в данном случае 2 байта)? Об этом ей тихонько сообщит компилятор, которому известны размеры всех типов данных.

Освобождение памяти

Поработав с выделенным участком памяти, со временем вы можете отказаться от него – за ненадобностью. Тогда следует освободить его и вернуть в кучу, – как ни велика память, она не беспредельна, а брать взаймы ещё придется.

Освобождение кусочка памяти выполняется процедурой Dispose – «освободить». Ей, как и процедуре выделения памяти, нужен лишь один параметр – указатель на ранее выделенный участок памяти. Обратимся снова к примеру.

var ps : ^string; { указатель на строку }

begin

New(ps); { выделено 256 байтов из кучи }

ps^:=’Hello !’;

Writeln(ps^); { Hello ! }

Dispose(ps); { возвращено в кучу 256 байтов }

end.

Здесь мы получили из кучи 256 байтов под строковую переменную, – вполне приличный кусок. А после – за ненадобностью – освободили эту память.

Переменные, порождаемые и исчезающие по мановению волшебника-программиста, называют динамическими. Но исполняет повеления программиста операционная система, – только она вправе хозяйничать в куче. Получив запрос на выделение памяти через процедуру New, система сообщит программе адрес выделенного участка и отметит его у себя как занятый. Теперь никто не посягнет на него, пока программа не освободит участок процедурой Dispose, или не завершится. По завершении программы все занятые ею участки памяти освобождаются системой автоматически.

Доступ к динамическим переменным возможен лишь через указатели, а они размещаются в секции данных или в стеке. Такие переменные (в обычном понимании, то есть с именами) называют статическими, поскольку их положение в памяти не изменяется, то есть, статично. В приведенных выше примерах статические указатели ссылались на динамические переменные.

Предупреждён – значит, вооружен

Работа с динамическими переменными таит ряд тонкостей, к ним надо привыкнуть, впитать в себя. Рассмотрим типичные ошибки.

Не инициализированный указатель

var ps : ^string;

begin

ps^:=’Hello !’; { В указателе мусор – нельзя обращаться через него }

end.

Здесь память для переменной не выделена, и указатель содержит мусор, обращение через такой указатель к несуществующей переменной вызовет крах программы.

Обращение через пустой указатель

var ps : ^string;

begin

ps := nil;

ps^:=’Hello !’; { Указатель пуст – нельзя обращаться через него }