Стандартные функции управления динамической памятью

Данные, которые создаются, инициализируются и уничтожаются по требованию программиста называются динамическими. Для управления такими данными используются специальные стандартные функции, прототипы которых описаны в заголовочном файле <malloc.h> (для некоторых компиляторов <alloc.h>).

Для запроса динамической памяти служит функция malloc(), которая имеет следующий прототип:

void * malloc(size_t size);

Функция malloc() выделяет область динамической памяти, размером size байт, и возвращает адрес этой области памяти.

Параметр size, имеет тип size_t, который описан в файле <malloc.h> с помощью оператора typedef и используется для описания размеров, счетчиков и т.д. Обычно тип size_t соответствует типу unsigned int.

В том случае, когда функция malloc() не может удовлетворить запрос на память, она возвращает значение NULL, то есть значение не существующего указателя. Константа NULL описана в заголовочном файле <malloc.h>. Значение NULL возвращается и в том случае, когда значение параметра size нулевое.

Поскольку функция malloc() возвращает значение на произвольный тип данных, то возвращаемое значение должно быть явно преобразовано к нужному типу данных.

После того, как выполнена вся работа с выделенной областью памяти, ее следует освободить с помощью функции free(), имеющей следующий прототип:

void free(void *block);

где block - указатель на область памяти, значение которого ранее было возвращено какой-либо функцией выделения памяти.

Если при вызове функции free() значение указателя block не соответствует адресу, возвращенному функцией выделения памяти, то результат выполнения функции free() непредсказуем, а область динамической памяти может быть вообще разрушена.

Не допускается также освобождать уже освобожденный блок памяти.

Значение параметра block равное NULL не вызывает никаких действий со стороны функции free();

Рассмотрим типичную последовательность действий при работе с динамической памятью:

double *A; int n;

...

n = 200;

...

A = (double *) malloc( n * sizeof(double) );

...

/* Работа с массивом A */

...

free(A);

В рассмотренном фрагменте программы выделяется память для хранения n элементов типа double. В целях совместимости никогда не следует явно задавать размер элемента данных. Нужно пользоваться операцией sizeof(). Возвращаемое функцией malloc() значение преобразуется к типу указателя на double.

Как видно из примера, функции работы с динамической памятью позволяют использовать массивы с границами, задаваемыми переменными, а не константами.

В некоторых случаях бывает полезной функция calloc(), которая не только выделяет память, но и заполняет область выделенной памяти нулевыми значениями. Она имеет следующий прототип:

void * calloc(size_t nitems, size_t size);

Функция выделяет непрерывный блок памяти для nitems элементов данных размером size байт каждый и заполняет этот блок нулевыми значениями. В остальном работа ее аналогична работе функции malloc().

Функция realloc() служит для изменения размера ранее выделенного блока памяти:

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

Здесь block - адрес ранее выделенного блока памяти, size - новый размер блока в байтах. Функция возвращает значение нового указателя на блок памяти, которое может и не совпадать со старым.

Функция гарантирует сохранность данных в блоке, разумеется, сохранность не более size байт. В остальном работа функции совпадает с работой ранее рассмотренных функций выделения памяти.

Все рассмотренные функции могут выделять память размером не более одного сегмента, то есть не более 64K в 16-ти разрядных моделях и не более 4G в 32-х разрядных моделях памяти.

При работе с динамической памятью следует иметь в виду, что в каждом выделенном блоке несколько байт отводится на служебную информацию. Так в 16-ти разрядной Large модели память выделяется блоками по размеру кратными 16 байтам, и в каждом блоке 4 байта служебные.

К сожалению, стандартные средства работы с динамической памятью не предусматривают "сборку мусора", то есть автоматическое перемещение выделенных блоков в динамической памяти так, чтобы между ними не было неиспользуемых промежутков. Поэтому от программиста требуется повышенное внимание к стратегии выделения и освобождения динамической памяти в своих программах. Иначе может получиться так, что требуемый блок памяти невозможно выделить, хотя суммарный объем неиспользуемой памяти допускает это.

Функция coreleft() возвращает значение оставшейся в динамической области памяти в байтах. Функция может иметь следующие прототипы в зависимости от моделей памяти:

unsigned coreleft(void); /* Маленьких модели */

unsigned long coreleft(void); /* Большие модели */

При использовании этих функций следует иметь в виду, что они возвращают не общее количество свободной динамической памяти и не размер наибольшего свободного блока, а размер блока памяти, который остался между наивысшем по адресу выделенным блоком и концом динамической памяти.