Kỹ thuật lập trình - Chương 2: Quản lý bộ nhớ

Nội dung text: Kỹ thuật lập trình - Chương 2: Quản lý bộ nhớ

1. Chương 2: Quản lý bộ nhớ
2. Biến: tên biến, vùng nhớ và giá trị biến • Mỗi biến trong C có tên và giá trị tương ứng. Khi một biến được khai báo, một vùng nhớ trong máy tính sẽ được cấp phát để lưu giá trị của biến. Kích thước vùng nhớ phu thuộc kiểu của biến, ví dụ 4 byte cho kiểu int int x = 10; • Khi lệnh này được thực hiện, trình biên dịch sẽ thiết lập để 4 byte vùng nhớ này lưu giá trị 10. • Phép toán & trả về địa chỉ của x, nghĩa là địa chỉ của ô nhớ đầu tiên trong vùng nhớ lưu trữ giá trị của x. 2
3. Biến: tên biến, vùng nhớ và giá trị biến • Mỗi biến trong C có tên và giá trị tương ứng. Khi một biến được khai báo, một vùng nhớ trong máy tính sẽ được cấp phát để lưu giá trị của biến. Kích thước vùng nhớ phu thuộc kiểu của biến, ví dụ 4 byte cho kiểu int int x = 10; • Khi lệnh này được thực hiện, trình biên dịch sẽ thiết lập để 4 byte vùng nhớ này lưu giá trị 10. • Phép toán & trả về địa chỉ của x, nghĩa là địa chỉ của ô nhớ đầu tiên trong vùng nhớ lưu trữ giá trị của x. 3
4. Biến: tên biến, vùng nhớ và giá trị biến Tên biến x tham chiếu đến vị trí vùng 65329 Giá trị được lưu trong nhớ vùng nhớ 10 Địa chỉ của vị trí vùng nhớ 65325 65324 • int x = 10; • x biểu diễn tên biến (e.g. an assigned name for a memory location ) • &x biểu diễn địa chỉ ô nhớ đầu tiền thuộc vùng nhớ của x, tức là 65325 • *(&x) or x biểu diễn giá trị được lưu trong vùng nhớ của x, tức là 10 4
5. Chương trình ví dụ #include int main() { int x = 10; printf("Value of x is %d\n",x); printf("Address of x in Hex is %p\n",&x); printf("Address of x in decimal is %lu\n",&x); printf("Value at address of x is %d\n",*(&x)); return 0; } Value of x is 10 Address of x in Hex is 0061FF0C Address of x in decimal is 6422284 Value at address of x is 10 5
6. Khái niệm con trỏ • Con trỏ là một biến chứa địa chỉ vùng nhớ của một biến khác. • Cú pháp chung khai báo biến con trỏ data_type* ptr_name; • Ký hiệu '*’ thông báo cho trình biên dịch rằng ptr_name là một biến con trỏ và data_type chỉ định rằng con trỏ này sẽ trỏ tới địa chỉ vùng nhớ của một biến kiểu data_type. 6
7. Tham chiếu ngược (dereference) biến con trỏ ▪ Chúng ta có thể “tham chiếu ngược" một con trỏ, nghĩa là lấy giá trị của biến mà con trỏ đang trỏ vào bằng cách dùng pháp toán ‘*’, chẳng hạn *ptr. ▪ Do đó, *ptr có giá trị 10, vì 10 đang là giá trị của x. 7
8. Ví dụ con trỏ int x = 10; int *p = &x; Nếu con trỏ p giữ địa chỉ của biến a, ta nói p trỏ tới biến a *p biểu diễn giá trị lưu tại địa chỉ p *p được gọi là “tham chiếu ngược” của con trỏ p • Con trỏ được dùng để lấy địa chỉ của biến nó trỏ vào, đồng thời cũng có thể lấy giá trị của biến đó 8
9. Con trỏ int x = 10; int *ptr; ptr = &x; 65329 10 65325 Tên biến x 65324 65325 *ptr Tên biến con trỏ ptr 65320 9
10. Biến và con trỏ 65329 Biến Con trỏ int x = 10; 10 int *p; p được khai báo là con trỏ int &x biểu diễn địa chỉ của x 10 p = &a; p giữ giá trị địa chỉ a, i.e.65325 x biểu diễn giá trị lưu tại địa *p biểu diễn giá trị lưu tại p, ie.10 chỉ &x 65325 int b = *p; b có giá trị 10. 65324 *p = 20; a có giá trị 20. int *p; *p = 10; // this is not correct. 10
11. Ví dụ con trỏ #include int main() { int x = 10; int *ptr; ptr = &x; printf("Value of x is %d\n", x); printf("Address of x is %lu\n", (unsigned long int) &x); printf("Value of pointer ptr is %lu\n", (unsigned long int) ptr); printf("Address of pointer ptr is %lu\n", (unsigned long int) &ptr); printf("Ptr pointing value is %d\n",*ptr); return 0; Value of x is 10 } Address of x is 6422284 Value of pointer ptr is 6422284 Address of pointer ptr is 6422280 Ptr pointing value is 10 11
12. Các phép toán trên con trỏ • Cộng hoặc trừ với 1 số nguyên n trả về 1 con trỏ cùng kiểu, là địa chỉ mới trỏ tới 1 đối tượng khác nằm cách đối tượng đang bị trỏ n phần tử • Trừ 2 con trỏ cho ta khoảng cách (số phần tử) giữa 2 con trỏ • KHÔNG có phép cộng, nhân, chia 2 con trỏ • Có thể dùng các phép gán, so sánh các con trỏ ▫ Chú ý đến sự tương thích về kiểu. 12
13. Ví dụ char *pchar; short *pshort; long *plong; pchar ++; pshort ++; plong ++; Giả sử các địa chỉ ban đầu tương ứng của 3 con trỏ là 100, 200 và 300, kết quả ta có các giá trị 101, 202 và 304 tương ứng Nếu viết tiếp plong += 5; => plong = 324 pchar -=10; => pchar = 91 pshort +=5; => pshort = 212 13
14. Chú ý ++ và có độ ưu tiên cao hơn * nên *p++ tương đương với *(p++) tức là tăng địa chỉ mà nó trỏ tới chứ không phải tăng giá trị mà nó chứa. *p++ = *q++ sẽ tương đương với *p = *q; p=p+1; q=q+1; 14
15. Con trỏ *void • Là con trỏ không định kiểu. Nó có thể trỏ tới bất kì một loại biến nào. • Thực chất một con trỏ void chỉ chứa một địa chỉ bộ nhớ mà không biết rằng tại địa chỉ đó có đối tượng kiểu dữ liệu gì. Do đó không thể truy cập nội dung của một đối tượng thông qua con trỏ void. • Để truy cập được đối tượng thì trước hết phải ép kiểu biến trỏ void thành biến trỏ có định kiểu của kiểu đối tượng 15
16. Con trỏ *void float x; int y; void *p; // khai báo con trỏ void p = &x; // p chứa địa chỉ số thực x *p = 2.5; // báo lỗi vì p là con trỏ void /* cần phải ép kiểu con trỏ void trước khi truy cập đối tượng qua con trỏ */ *((float*)p) = 2.5; // x = 2.5 p = &y; // p chứa địa chỉ số nguyên y *((int*)p) = 2; // y = 2 16
17. Con trỏ và mảng • Giả sử ta có int a[30]; thì &a[0] là địa chỉ phần tử đầu tiên của mảng đó, đồng thời là địa chỉ của mảng. • Trong C, tên của mảng chính là một hằng địa chỉ bằng địa chỉ của phần tử đầu tiên của mảng a = &a[0]; a+i = &a[i]; 17
18. Con trỏ và mảng Tuy vậy cần chú ý rằng a là 1 hằng nên không thể dùng nó trong câu lệnh gán hay toán tử tăng, giảm như a++; • Xét con trỏ: int *pa; pa = &a[0]; Khi đó pa trỏ vào phần tử thứ nhất của mảng và pa +1 sẽ trỏ vào phần tử thứ 2 của mảng *(pa+i) sẽ là nội dung của a[i] 18
19. Con trỏ và xâu • Ta có char tinhthanh[30] =“Da Lat”; • Tương đương : char *tinhthanh; tinhthanh=“Da lat”; Hoặc: char *tinhthanh =“Da lat”; • Ngoài ra các thao tác trên xâu cũng tương tự như trên mảng *(tinhthanh+3) = “l” • Chú ý : với xâu thường thì không thể gán trực tiếp như dòng thứ 3 19
20. Mảng các con trỏ • Con trỏ cũng là một loại dữ liệu nên ta có thể tạo một mảng các phần tử là con trỏ theo dạng thức. * [số phần tử]; Ví dụ: char *ds[10]; ▫ ds là 1 mảng gồm 10 phần tử, mỗi phần tử là 1 con trỏ kiểu char, được dùng để lưu trữ được của 10 xâu ký tự nào đó • Cũng có thẻ khởi tạo trực tiếp các giá trị khi khai báo char * ma[10] = {“mot”,”hai”,”ba” }; 20
21. Mảng các con trỏ • Một ưu điểm khác của mảng trỏ là ta có thể hoán chuyển các đối tượng (mảng con, cấu trúc ) được trỏ bởi con trỏ này bằng cách hoán đổi các con trỏ • Ưu điểm tiếp theo là việc truyền tham số trong hàm • Ví dụ: Vào danh sách lớp theo họ và tên, sau đó sắp xếp để in ra theo thứ tự ABC. 21
22. Mảng các con trỏ 22
23. Con trỏ trỏ tới con trỏ • Bản thân con trỏ cũng là một biến, vì vậy nó cũng có địa chỉ và có thể dùng một con trỏ khác để trỏ tới địa chỉ đó. ; • Ví dụ: int x = 12; int *p1 = &x; int p2 = &p1; • Có thể mô tả một mảng 2 chiều qua con trỏ của con trỏ theo công thức : M[i][k] = *(*(M+i)+k) Trong đó: ▫ M+i là địa chỉ của phần tử thứ i của mảng ▫ *(M+i) cho nội dung phần tử trên ▫ *(M+i)+k là địa chỉ phần tử [i][k] 23
24. Con trỏ trỏ tới con trỏ Ví dụ: in ra một ma trận vuông và cộng mỗi phần tử của ma trận với 10 24
25. Quản lý bộ nhớ - Bộ nhớ động • Cho đến lúc này ta chỉ dùng bộ nhớ tĩnh: tức là khai báo mảng, biến và các đối tượng khác một cách tường minh trước khi thực hiện chương trình. • Trong thực tế nhiều khi ta không thể xác định trước được kích thước bộ nhớ cần thiết để làm việc, và phải trả giá bằng việc khai báo dự trữ quá lớn • Nhiều đối tượng có kích thước thay đổi linh hoạt 25
26. Quản lý bộ nhớ - Bộ nhớ động • Việc dùng bộ nhớ động cho phép xác định bộ nhớ cần thiết trong quá trình thực hiện của chương trình, đồng thời giải phóng chúng khi không còn cần đến để dùng bộ nhớ cho việc khác • Trong C ta dùng các hàm malloc, calloc, realloc và free để xin cấp phát, tái cấp phát và giải phóng bộ nhớ. • Trong C++ ta dùng new và delete 26
27. Cấp phát bộ nhớ động • Cú pháp xin cấp phát bộ nhớ: = new ; hoặc = new [số phần tử]; dòng trên xin cấp phát một vùng nhớ cho một biến đơn, còn dòng dưới cho một mảng các phần tử có cùng kiểu với kiểu dữ liệu. • Giải phóng bộ nhớ delete ptr; // xóa 1 biến đơn delete [] ptr; // xóa 1 biến mảng 27
28. Cấp phát bộ nhớ động • Bộ nhớ động được quản lý bởi hệ điều hành, được chia sẻ giữa hàng loạt các ứng dụng, vì vậy có thể không đủ bộ nhớ. Khi đó toán tử new sẽ trả về con trỏ NULL • Ví dụ: int *ptr; ptr = new int [200]; if (ptr == NULL) { // thông báo lỗi và xử lý } 28
29. Ví dụ 29
30. Bộ nhớ động cho mảng 2 chiều • Cách 1: Biểu diễn mảng 2 chiều thành mảng 1 chiều • Gọi X là mảng hai chiều có kích thước m dòng và n cột. A là mảng một chiều tương ứng, khi đó X[i][j] = A[i*n+j] 30
31. Bộ nhớ động cho mảng 2 chiều • Cách 2: Dùng con trỏ của con trỏ • Ví dụ: Với mảng số nguyên 2 chiều có kích thước là R * C ta khai báo như sau: int mt; mt = new int *[R]; int *temp = new int[R*C]; for (i=0; i< R; ++i) { mt[i] = temp; temp += C; } • Để giải phóng: delete [] mt[0]; delete [] mt; 31
32. Bộ nhớ động cho mảng 2 chiều • Ví dụ khác để cấp phát động cho mảng hai chiều chứa các số thực float 32