Linux программирование в примерах

Роббинс Арнольд

3.2. Выделение памяти

Четыре библиотечные функции образуют основу управления динамической памятью С Мы опишем сначала их, затем последуют описания двух системных вызовов, поверх которых построены эти библиотечные функции. Библиотечные функции С, в свою очередь, обычно используются для реализации других выделяющих память библиотечных функций и операторов C++

new

и

delete

.

Наконец, мы обсудим функцию, которую часто используют, но которую мы не рекомендуем использовать.

3.2.1. Библиотечные вызовы:

malloc

,

calloc

,

realloc

,

free

Динамическую

память выделяют с помощью функций

malloc

или

calloc

. Эти функции возвращают указатели на выделенную память. Когда у вас есть блок памяти определенного первоначального размера, вы можете изменить его размер с помощью функции

realloc

. Динамическая память освобождается функцией

free

.

Отладка использования динамической памяти сама по себе является важной темой. Инструменты для этой цели мы обсудим в разделе 15.5.2 «Отладчики выделения памяти».

3.2.1.1. Исследование подробностей на языке С

Вот объявления функций из темы справки GNU/Linux malloc(3):

#include <stdlib.h> /* ISO С */

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

 /* Выделить и инициализировать нулями */

void *malloc(size_t size);

 /* Выделить без инициализации */

void free(void *ptr);

 /* Освободить память */

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

 /* Изменить размер выделенной памяти */

Функции выделения памяти возвращают тип

void*

. Это бестиповый или общий указатель, все, что с ним можно делать — это привести его к другому типу и назначить типизированному указателю. Примеры впереди.

Тип

size_t

является беззнаковым целым типом, который представляет размер памяти. Он используется для динамического выделения памяти, и далее в книге мы увидим множество примеров его использования. На большинстве современных систем

size

_t является

unsigned long

, но лучше явно использовать

size_t

вместо простого целого типа

unsigned

.

Тип

ptrdiff_t

используется для вычисления адреса в арифметике указателей, как в случае вычисления указателя в массиве:

#define MAXBUF ...

char *p;

char buf[MAXBUF];

ptrdiff_t where;

p = buf;

while (/* некоторое условие */) {

 ...

 p += something;

 ...

 where = p - buf; /* какой у нас индекс? */

}

Заголовочный файл

<stdlib.h>

объявляет множество стандартных библиотечных

функций С и типов (таких, как

size_t

), он определяет также константу препроцессора

NULL

, которая представляет «нуль» или недействительный указатель. (Это нулевое значение, такое, как 0 или '

((void*)0)

'. Явное использование 0 относится к стилю С++; в С, однако,

NULL

является предпочтительным, мы находим его гораздо более читабельным для кода С.)

3.2.1.2. Начальное выделение памяти:

malloc

Сначала память выделяется с помощью

malloc

. Передаваемое функции значение является общим числом затребованных байтов. Возвращаемое значение является указателем на вновь выделенную область памяти или

NULL

, если память выделить невозможно. В последнем случае для обозначения ошибки будет установлен

errno

. (errno является специальной переменной, которую системные вызовы и библиотечные функции устанавливают для указания произошедшей ошибки. Она описывается в разделе 4.3 «Определение ошибок».) Например, предположим, что мы хотим выделить переменное число некоторых структур. Код выглядит примерно так:

struct coord { /* 3D координаты */

 int x, y, z;

} *coordinates;

unsigned int count; /* сколько нам нужно */

size_t amount; /* общий размер памяти */

/* ... как-нибудь определить нужное число... */

amount = count * sizeof(struct coord); /* сколько байт выделить */

coordinates = (struct coord*)malloc(amount); /* выделить память */

if (coordinates == NULL) {

 /* сообщить об ошибке, восстановить или прервать */

}

/* ... использовать координаты... */

Представленные здесь шаги являются стереотипными. Порядок следующий:

1. Объявить указатель соответствующего типа для выделенной памяти.

2. Вычислить размер выделяемой памяти в байтах. Для этого нужно умножить число нужных объектов на размер каждого из них. Последний получается с помощью оператора С

sizeof

, который для этой цели и существует (наряду с другими). Таким образом, хотя размер определенной структуры среди различных компиляторов и архитектур может различаться,

sizeof

всегда возвращает верное значение, а исходный код остается правильным и переносимым.

При выделении массивов для строк символов или других данных типа

char

нет необходимости умножения на

sizeof(char)

, поскольку последнее по определению всегда равно 1. Но в любом случае это не повредит.

3. Выделить память с помощью

malloc

, присвоив возвращаемое функцией значение переменной указателя. Хорошей практикой является приведение возвращаемого

malloc

значения к типу переменной, которой это значение присваивается. В С этого не требуется (хотя компилятор может выдать предупреждение). Мы настоятельно рекомендуем всегда приводить возвращаемое значение.