notes

Динамическая память

Мотивация

1. Стек программы ограничен. Он не предназначен для хранения больших объёмов данных

    // не умещается на стек
    double m[100000000] = {}; // 80 Mb
    // => segmentation fault or access violation error
   

2. Время жизни локальных переменных ограниченно временем работы функции
3. Динамическая память выделяется в сегменте данных.
4. Структура, отвечающая за выделение дополнительной памяти, называют кучей.

Выделение памяти в стиле С

1. Стандартная библиотека cstdlib предоставляет четыре функции для управления памятью:

    void * malloc (size_t size);
    void free (void * ptr);
    void * calloc (size_t nmemb, size_t size);
    void * realloc (void * ptr, size_t size);
   

2. size_t - специальный целочисленный беззнаковый тип, может вместить в себя размер любого типа в байтах. ( int‘a не всегда достаточо)
3. Тип size_t используется для указания размеров типов данных, для индексации массивов и пр.
4. void * - это указатель на нетипизированную память (раньше для этого использовалось char *)
5. malloc - выделяет область памяти размера >= size. Не кратный размер памяти выделяется по следующим причинам
   • вначало участка памяти записывается служебная информация
   • участок памяти выделяется кратным 16
6. calloc - выделяет массив из nmemb размера size. Данные инициализируются нулём.
7. realloc - изменяет размер области памяти по указателю ptr на size (если возможно, то это делается на месте).
8. free - освобождает облать памяти, ранее выделенную одной из функций malloc/calloc/realloc.
9. Для указания размера типа используется оператор sizeof.

    // create an array of 1000 int
    int * m  = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
    m[10] = 10;
   
    // change array size to 2000
    m = (int *)realloc(m, 2000 * sizeof(int));
   
    // free memory
    free (m);
   
    // create an array of int and inicialize it with 0
    m = (int *)calloc(3000, sizeof(int));
   
    free(m);
    m = 0; // best practise
   

Выделение памяти в стиле С++

1. Язык С++ предоставляет два набора операторов для выделения памяти:
   • new и delete - для одиночных значений,
   • new[] и delete[] - для массивов.
2. Версия оператора delete должна соответствовать версии оператора new.

    // выделение памяти под один int со значением 5
    int * m = new int(5);
    delete m; // освобождение памяти
   
    // создание массива нулей
    m = new int[1000];
    delete [] m; // освобождение памяти
   

Типичные проблемы при работе с памятью

1. Проблемы производительности: создание переменной на стеке намного “дешевлу” выделения для неё динамической памяти.
2. Проблема фрагментации: выделение большого количества небольших сегментов способствует фрагментации памяти.
3. Утечки памяти

    int * m = new int[1000];
   
    m = new int[2000]; // потеряли указатель но массив из 1000 элементов => утечка памяти
   
    // не вызван delete [] m => утечка памяти
   

4. Неправильное освобождение памяти

    int * m1 = new int[1000];
    delete m1; // должно быть delete [] m1;
   
    int *p = new int(0);
    free(p); // совмещение функций С++ и С
   
    int *q1 = (int*) malloc (sizeof(int));
    free(q1);
    free(q1); // двойное удаление
   
    int *q2 = (int*) malloc(sizeof(int));
    free(q2);
    q2 = 0;
    free(q2); // правильно работает для q2 = 0;