Динамические

структурыданных

Два подхода к распределению памяти настадии компиляции

Статический (традиционный)На основании информации из раздела описаний и длины кода самой программы операционная система во время работы программы выделяет определённый объём оперативной памяти, который закрепляется за программой на всё время её выполнения

Например, пусть в программе имеется описание:

Const a:real=25.369;Var MAS:array[1..200] of integer;I,j:byte; s:string

На основании этого описания будет зарезервировано следующее количество оперативной памяти:под константу типа real – 6 байтов; под массив – 400 байтов (200 элементов по 2 байта); под переменные i и j – по 2 байта; под переменную s – 256 байтов. Всего – 6+400+2+2+256=666 байт.

ДинамическийВ процессе работы программы специальной процедурой программист может запросить у системы некоторый объём памяти, а после использования (также специальной процедурой) возвратить её системе, т.е. динамическое управление памятью – это выделение памяти во время выполнения программы.

Преимущества:разумное использование динамических структур данных приводит к сокращению объёма памяти, необходимого для работы программы;динамические данные не требуют объявлений их как данных фиксированного размера;ряд алгоритмов более эффективен при реализации их с использованием динамических структур. Например, вставка элемента в массив на определенное место требует перемещения части элементов массива. При вставке в середину списка достаточно несколько операторов присваивания.

Такой подход снижает эффективность использования оперативной памяти.Примеры: 1) большой массив данных, к-ый существует очень малую часть общего времени работы программы, т.е. статически выделенная память использоваться практически не будет;2)ситуации, при которых требуется объём памяти, больший того, который может быть доступен программе в статическом режиме;3)ищется слово в тексте, длина которого заранее неизвестна.

Недостатки:•алгоритмы для динамических структур обычно более сложны, трудны для отладки по сравнению с аналогичными для статических данных;•использование динамических структур требует затрат на память для ссылок. В некоторых задачах объём памяти, отводимой для ссылок, превосходит объём памяти, выделяемой непосредственно для данных;•существуют алгоритмы, реализация которых более эффективна на обычных данных.

Статический (традиционный)

Основные сведения о ссылочном типе данных( )указателях

Организация динамического управления памятью (выделение памяти во время выполнения программы) возможно при использовании нового типа данных, которые называются указатели.Указатель — это переменная, которая в качестве своего значения содержит адрес первого байта памяти, начиная с которого записаны данные.Переменной, на которую указывает указатель, не обязательно присваивать какое-либо имя. К ней можно обращаться через имя указателя, потому она называется ссылочной переменной. Все ссылочные переменные имеют одинаковый размер, равный 4 байтам. Для хранения динамических переменных выделяется специальная область памяти, называемая «кучей». Работая с указателями, мы работаем с адресами величин, а не с их именами. Место для данных в «куче» отводится и высвобождается только во время работы программ, и потому мы говорим о динамических данных

Объявление переменных ссылочного типа

Типизированные указателиВсегда привязаны к конкретному типу данных. Для объявления используется специальный символ ”^”, после которого записывается базовый тип динамической переменной.

TYPE <имя_типа>=^<базовый_тип>;VAR <имя_переменной>:<имя_типа>;или

VAR <имя_переменной>:^<базовый_тип>;Например,TYPE ss=^Integer;VAR x,y: ss;{Указатели на переменные целого типа}a:^Real; {Указатель на переменную вещественного типа}

Можно передавать значения одних указателей другим, однако при этом они должны быть одного типа. Например,

можно записать x:=y; но нельзя записать x:=a;Если x — это указатель, значением которого является адрес переменной типа

Integer, то x^ — это обращение к самой переменной, расположенной по этому адресу.

Среди возможных указателей в Турбо Паскале выделяется один специальный указатель, который «никуда не указывает». Для его обозначения используется зарезервированное слово Nil. Указатель Nil считается константой, совместимой с любым ссылочным типом.

При составлении программ часто создают новый тип, использующий указатели, например:TYPE MAS:array[1..50] of real;Тогда можно указать тип указателя на такой объект:TYPE PMAS:^MAS;

Операции при работе с ссылочными

переменными

Основной операцией при работе со ссылочными переменными является операция разыменования — переход от ссылочной переменной к значению, на которое она указывает.Например, P^:=15 означает, что по адресу, который является значением указателя P, записывается значение 15.При использовании типизированных указателей запрос на выделение динамической памяти осуществляется процедуройNEW(P), где P — типизированный указатель.Процедура NEW отводит место для хранения динамической переменной P^ и присваивает её адрес ссылке P.Освобождение же памяти, запрошенной с помощью NEW, осуществляется процедурой DISPOSE(P), которая освобождает память, занимаемую динамической переменной. После выполнени процедуры значение указателя P становится неопределённым:

Nil

15

x X^

x:=Nil

New(x)

X^:=15

Dispose(x)

Механизм выделенияи освобождения динамической памяти

Вся динамическая память представляет собой сплошную область, которая физически располагается в старших адресах ОЗУ непосредственно за памятью, занимаемой самой программой.

Системная область программа КУЧА

Область оперативной памяти, из которых происходит её динамическое выделение,

называется кучей.

Занятая часть кучи

Системная область

Адрес начала кучи хранится в стандартной переменной HEAPORG,

HEARPORG

конечный адрес — в переменной HEAPEND,

HEAPPTR

а адрес начала невыделенной части памяти кучи хранит переменная HEAPPTR:

HEAPEND

Характерно, что в момент выделения динамической памяти указатель P, являющийся параметром в процедуре NEW(P), получает то значение, которое на этот момент имел указатель кучи PTR(HEAPPTR), после чего он смещается на величину объёма выделенной памяти. Чередование процедур NEW и DISPOSE приводит к формированию «ячеистой» структуры памяти.Все операции с кучей выполняются под руководством специальной программы — «администратора кучи». При очередной процедуре «администратор» разыскивает наименьший свободный фрагмент, где может разместиться объект, под который запрашивается память, и адрес начала найденного фрагмента становится значением указателя, а сам фрагмент помечается как занятая часть кучи

, Примерызадач демонстрирующие возможности использования

динамической памяти

1. Сформируйте массив случайных чисел, находящихся в диапазоне от 1 до 255, состоящий из 1000 элементов. Отобразите квадрат наибольшего числа. Массив расположите в динамической памяти.

PROGRAM din_mas;Uses crt;TYPE TARR=array[1..1000] of byte;VAR P:^TARR;MX:byte;i,kv:Integer;BEGINclrscr;randomize; NEW(P); MX:=0;

For i:=1 To 1000 do Begin P^[i]:=random(256); If P^[i]> MX Then Mx:=P^[i]; End; DISPOSE(P); kv:=sqr(MX); WriteLn(kv);Readkey;END.

2. Составьте программу нахождения корней квадратного уравнения, расположив его коэффициенты в динамической памяти.

PROGRAM din_kvur;Uses crt;VAR a,b,c:^real;d,x1,x2:real;BEGINclrscr;randomize; NEW(a);NEW(b); NEW(c);{Запрос динамической памяти} WriteLn('Введите коэффициенты:'); ReadLn(a^,b^,c^); D:=sqr(b^)-4*a^*c^;

If D<0 Then begin WriteLn('Дискриминант трицателен'); Halt; end; x1:=((-b^)+sqrt(D))/(2*a^); x2:=((-b^)-sqrt(D))/(2*a^); DISPOSE(a);DISPOSE(b);DISPOSE(c) ; {Высвобождение динамической памяти} WriteLn('x1=',x1:4,' ',‘x2=',X2:4);Readkey;END.

3. В текстовом файле находится матрица a целых чиселa[1,1] … a[1,n]

…a[m,1] … a[m,n]причём каждая строка матрицы занимает отдельную строку файла (разделитель между числами – пробел). Числа m и n заранее неизвестны. Загрузив a в динамическую память, найти такое число, которое является максимальным в своей строке и в то же время минимальным в своём столбце, или выдать сообщение, что таких чисел нет. Можно доказать, что если все элементы в матрице различны и подобное число существует, то оно единственное. Такое число называется седловой точкой матрицы.

Решение:Рассмотрим решение данной задачи для матрицы, все элементы которой различны.Докажем единственность решения в случае его существования.Пусть существуют две седловые точки — a[i1,j1] и a[i2,j2], причём i1≠i2 и j1≠j2 в силу определения седловой точки и отсутствия в матрице одинаковых элементов. Рассмотрим элемент матрицы a[i1,j2]. Так как a[i1,j1] максимален в своей строке, а a[i2,j2] минимален в своём столбце, получаем

a[i2,j2] < a[i1,j2] < a[i1,j1]

С другой стороны —a[i2,j2] > a[i2,j1] > a[i1,j1]

Полученное противоречие доказывает, что предположение о существовании двух седловых точек неверно.