Загрузка программ. Относительная загрузка.

Распределение памяти. Динамическое выделение памяти. Работа с динамической памятью с помощью операций new и delete

Существует два основных способа хранения информации в оперативной памяти. Первый заключается в использовании глобальных и локальных переменных. Второй способ, которым С++ может хранить информацию, заключается в использовании системы динамического распределения. При этом способе память распределяется для информации из свободной области памяти по мере необходимости. Область свободной памяти находится между кодом программы с ее постоянной областью памяти и стеком.

Динамическая память – это память, выделяемая программе для ее работы за вычетом сегмента данных, стека, в котором размещаются локальные переменные подпрограмм и собственно тела программы.

Краткие итоги

1. В ходе выполнения программ выделяются статическая и динамическая области

памяти.

2. Возможны три варианта работы с динамической памятью: указатель определяется как локальный объект автоматической или статической памяти, указатель является глобальным объектом для блока памяти.

3. Доступ к участкам динамической памяти осуществляется через динамические переменные.

4. Работа с динамической памятью начинается с выделения участка памяти, а завершается освобождением ранее выделенного участка.

5. Выделение и освобождение динамической памяти выполняется с помощью операций или функций для работы с динамической памятью.

New и delete используются для выделения и освобождения блоков памяти. Область памяти, в которой размещаются эти блоки, называется свободной памятью.

Операция new позволяет выделить и сделать доступным свободный участок в основной памяти, размеры которого соответствуют типу данных, определяемому именем типа.

Синтаксис:

new ИмяТипа;

или

new ИмяТипа [Инициализатор];

Синтаксис применения операции:

Указатель = new ИмяТипа [Инициализатор];

Для освобождения выделенного операцией new участка памяти используется операции:

delete указатель;

Указатель адресует освобождаемый участок памяти, ранее выделенный с помощью операции new. Например:

delete x;

2. Распределение памяти. Динамическое выделение памяти. Работа с динамической памятью с помощью библиотечных функций malloc (calloc) и free

Средства для динамического выделения и освобождения памяти описаны в заголовочных файлах malloc.h и stdlib.h стандартной библиотеки (файл malloc.h ).

Функции выделения и освобождения памяти

Функция	Прототип и краткое описание
malloc	void * malloc (unsigned s); возвращает указатель на начало области (блока) динамической памяти длинной в s байт. При неудачном завершении возвращает значение NULL.
calloc	void * calloc (unsigned n, unsigned m); возвращает указатель на начало области (блока) обнуленной динамической памяти, выделенной для размещения n элементов по m байт каждый. При неудачном завершении возвращает значение NULL.
realloc	void * realloc (void * bl, unsigned ns); изменяет размер блока ранее выделенной динамической памяти до размера ns байт, bl – адрес начала изменяемого блока. Если bl равен NULL (память не выделялась), то функция выполняется как malloc.
free	void * free (void * bl); освобождает ранее выделенный участок (блок) динамической памяти, адрес первого байта которого равен значению bl.

Функции malloc(), calloc() и realloc() динамически выделяют память в соответствии со значениями параметров и возвращают адрес начала выделенного участка памяти. Для универсальности тип возвращаемого значения каждой из этих функций есть void *. Этот указатель можно преобразовать к указателю любого типа с помощью операции явного приведения типа ( тип * ).

Функция free() освобождает память, выделенную перед этим с помощью одной из трех функций malloc(), calloc() или realloc(). Сведения об участке памяти передаются в функцию free() с помощью указателя – параметра типа void *. Преобразование указателя любого типа к типу void * выполняется автоматически, поэтому вместо формального параметра void *bl можно подставить в качестве фактического параметра указатель любого типа без операции явного приведения типов.

3 Динамически загружаемые библиотеки

В довольно ранних версиях операционных систем наряду со статическими библиотеками объектных модулей появились динамически загружаемые библиотеки с расширением .dll (от Dynamic-link libraries). Динамически загружаемые библиотеки Windows могут иметь и другие расширения – .exe или .drv.

Основная разница между статическими и динамическими библиотеками заключается в следующем. Если используется статическая библиотека, то на стадии редактирования связей в состав исполняемого модуля включаются все функции, для которых обнаружено обращение из текста исходной программы. В отличие от этого вызов модуля из динамической библиотеки происходит только на стадии выполнения программы. При таком подходе библиотечные функции не включаются в состав исполняемого модуля, его размеры становятся меньше и, тем самым, экономится место, занимаемое исполняемыми файлами на диске.

У каждого из этих подходов есть свои плюсы и минусы. При использовании статических библиотек размер исполняемого модуля возрастает, т.к. к нему подключаются все функции, упомянутые в программе. Однако такой модуль можно выполнить на любом компьютере независимо от того, установлена ли там соответствующая система программирования или нет. При использовании динамически загружаемых библиотек размер исполняемого модуля не так велик, но для его работы требуется присутствие в оперативной памяти динамической библиотеки, из которой в случае необходимости потребуется запустить тот или иной модуль. Поэтому при переносе программы на другой компьютер придется кроме исполняемого модуля захватить и всю цепочку задействованных динамических библиотек. Правда, в разумных системах программирования предусмотрен режим компиляции с включением всех вызываемых функций в состав исполняемого модуля.

4 Загрузка программ. Абсолютная загрузка.

Существуют два типа адресов памяти. Адреса первого типа называются виртуальными, или логическими. Это то число, которое вы увидите, если, скажем, распечатаете значение указателя. Говоря точнее, это тот адрес, который видит ваша программа, номер ячейки памяти в ее собственном адресном пространстве.

Адреса другого типа называются физическими. Это тот адрес, который передается по адресным линиям шины процессора, когда этот процессор считывает или записывает данные в ОЗУ.

Вообще говоря, эти два адреса могут не иметь между собой ничего общего. Теоретически, могут существовать адреса физической памяти, которым не соответствует никакой виртуальный адрес ни у какой из программ. Это может просто означать, что в данный момент эта память никем не используется. Более интересная ситуация - это виртуальные адреса, которым не соответствует никакой физический адрес. Такая ситуация часто возникает в системах, использующих так называемую страничную подкачку (page swapping или просто paging). В этой ситуации сумма объемов адресных пространств всех программ в системе может превышать объем доступной физической памяти, то есть на машине с четырьмя мегабайтами ОЗУ вы можете исполнять программы, требующие 8 и более мегабайт.

Для начала попробуем рассмотреть загрузку программы в виртуальную память. Для простоты мы будем считать, что эта виртуальная память представляет собой непрерывное адресное пространство. Кроме того, будем считать, что программа была заранее собрана в некий единый самодостаточный объект, называемый загрузочным или загружаемым модулем. В ряде операционных систем программа собирается в момент загрузки из большого числа отдельных модулей, содержащих ссылки друг на друга.

Первый, самый простой, вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно в следующих случаях:

1) система может предоставить каждой программе свое адресное пространство

2)система может исполнять в каждый момент только одну программу

Подобный программный модуль называется абсолютным загрузочным модулем или абсолютной программой.

Абсолютная загрузка используется, например, в системе UNIX на 32-разрядных машинах.

Загрузка программ. Относительная загрузка.

Относительная загрузка

Этот способ загрузки состоит в том, что мы грузим программу каждый раз с нового адреса. Очевидно, что при этом она должна быть настроена на новые адреса. В этом случае весьма существенное значение приобретают используемые в программе способы адресации. Если для адресации операндов используется прямая (абсолютная) адресация, то подобная перенастройка выливается в процесс изменения всех используемых в программе абсолютных адресов. То есть, если мы захотим ``сдвинуть'' программу по адресам виртуальной памяти так, чтобы она начиналась, скажем, не с адреса 01000, а с адреса 02000, то мы должны будем найти все команды с абсолютными адресными полями и прибавить ко всем этим полям разность нового и старого адресов.

Если же используется относительная (базовая) адресация или ее разновидности, то задача значительно упрощается. В этом случае для перемещения программы нам нужно только изменить значения базовых регистров, и программа даже не узнает, что загружена с другого адреса.

6. Загрузка программ. Позиционно-независимый код

Позиционно-независимый код

Кроме рассмотренных ранее основных способов адресации существует весьма интересная разновидность относительной адресации, когда адрес получается сложением адресного поля команды и адреса самой этой команды - значения счетчика команд. Очевидно, что модуль, в котором используется только такая адресация, можно грузить с любого адреса без всякой перенастройки. Такой код называется позиционно-независимым.

Кроме того, на многих процессорах, например, Intel 8080/8085 или многих современных RISC-процессорах позиционно-независимый код вообще невозможен - эти процессоры не поддерживают соответствующий режим адресации для данных. Возникают серьезные неудобства при сборке программы из нескольких модулей. Поэтому такой стиль программирования используют только в особых случаях. Например, многие вирусы под MS DOS написаны именно таким образом.

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 747; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!