Presentation is loading. Please wait.

Presentation is loading. Please wait.

קרן כליף הרצאה 04 הקצאות דינאמיות. ביחידה זו נלמד: פקודות ניהול זיכרון ב- C לעומת C++ malloc calloc free realloc מוטיבציה להקצאות דינאמיות מערך של מצביעים.

Similar presentations


Presentation on theme: "קרן כליף הרצאה 04 הקצאות דינאמיות. ביחידה זו נלמד: פקודות ניהול זיכרון ב- C לעומת C++ malloc calloc free realloc מוטיבציה להקצאות דינאמיות מערך של מצביעים."— Presentation transcript:

1 קרן כליף הרצאה 04 הקצאות דינאמיות

2 ביחידה זו נלמד: פקודות ניהול זיכרון ב- C לעומת C++ malloc calloc free realloc מוטיבציה להקצאות דינאמיות מערך של מצביעים מערך של מצביעים שחוזר כפרמטר מפונקציה מערך של מצביעים למבנים © Keren Kalif 2

3 מוטיבציה להקצאה דינאמית בעזרת הקצאה דינאמית נוכל: להקצות מערך בזמן ריצה, בלי לדעת את גודלו בזמן קומפילציה נוכל להחזיר מערך שהוגדר בתוך מפונקציה © Keren Kalif 3

4 מהי הקצאה דינאמית? הקצאה דינאמית היא הקצאת שטח זיכרון בגודל מבוקש בזמן ריצת התוכנית בניגוד להקצאה סטטית שמוקצית בתחילת התוכנית וגודלה ידוע כבר בזמן קומפילציה הקצאה דינאמית מוקצית על שטח הזיכרון heap בניגוד להקצאה סטטית שמוקצית על ה- stack של הפונקציה ה- heap הוא שטח זיכרון המשותף לכל הפונקציות, בניגוד ל- stack שייחודי לכל פונקציה בהקצאת זיכרון דינאמית המתכנת מבקש ממערכת ההפעלה זיכרון בגודל מסוים המוגדר בבתים ומקבל את כתובת הבית הראשון בקטע הזיכרון שקיבל © Keren Kalif 4

5 הגדרה נוספת ל- * אנו יודעים שמשתנה מטיפוס * מכיל כתובת של משתנה מטיפוס כלשהו כתובת התחלה של מערך מטיפוס היא גם כתובתו של האיבר הראשון במערך, שהוא משתנה מטיפוס לכן משתנה מטיפוס * יכול להכיל גם כתובת התחלה של מערך לכן נאמר ש- * הוא פוטנציאל למערך כלומר, יכול להכיל כתובת התחלה של מערך (ולא רק כתובת של משתנה יחיד מטיפוס ) © Keren Kalif 5

6 פונקציות לשימוש בהקצאות דינאמיות בשפת C++ עבדנו עם הפונקציה new להקצאת זיכרון כדי לעבוד עם הקצאות דינאמיות בשפת C יש להכליל את הספריה stdlib.h לצורך שימוש בפונקציות הבאות: void* malloc(size_t size) הפונקציה מקבלת את גודל הזיכרון המבוקש בבתים ומחזירה כתובת לתחילת שטח הזיכרון שהוקצה, ו-NULL במקרה שלא היה מספיק זיכרון פנוי להקצאה נשים לב ש- size_t הוא typedef ל- int, כלומר הפונקציה מקבלת את מספר הבתים שעליה להקצות הפונקציה מחזירה void* שזה הכללה למצביע מכל טיפוס שטח הזיכרון המתקבל מכיל זבל © Keren Kalif 6

7 פונקציות לשימוש בהקצאות דינאמיות (2) void* calloc(size_t n,size_t size_el) כמו malloc אבל מקבלת את כמות האיברים שרוצה להקצות, ומה הגודל של כל איבר. מקצה את השטח ומאפסת אותו. מקצה מערך של n איברים כל איבר בגודל size_el בתים, כל ביט מאותחל לאפס. קריאה מוצלחת תחזיר את כתובת ההתחלה של הזיכרון המוקצה, ו-NULL במקרה שלא היה מספיק זיכרון פנוי להקצאה © Keren Kalif 7

8 malloc – הקצאת מערך בגודל שאינו ידוע מראש לצורך שימוש בהקצאות דנאמיות הזיכרון של ה- main int:size ??? 1000 int*: arr ??? 1004 int: i ??? 1008 זיכרון ה- heap int:size int*: arr ??? 1004 int: i ??? 1008 int ??? 3000 int ??? 3004 int ??? 3008 int:size int*: arr int: i ??? 1008 int int int נשים לב שלמשתנה על ה- heap אין שם, אלא רק יש אליו הצבעה מאחת הפונקציות! © Keren Kalif 8 #include void main() { int size, *arr, i; printf("Please enter the size of the array: "); scanf("%d", &size); arr = (int*)malloc(size*sizeof(int)); if (!arr) // (arr == NULL) --> allocaton didn't succeed { printf("ERROR! Out of memory!\n"); return; } printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", *(arr+i)); //*(arr+i) == arr[i] printf("\nPlease enter %d numbers: ", size); for (i=0 ; i < size ; i++) scanf("%d", &arr[i]); printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); }

9 calloc – הקצאת מערך בגודל שאינו ידוע מראש #include void main() { int size, *arr, i; printf("Please enter the size of the array: "); scanf("%d", &size); arr = (int*)calloc(size, sizeof(int)); if (!arr) // (arr == NULL) --> allocaton didn't succeed { printf("ERROR! Out of memory!\n"); return; } printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", *(arr+i)); //*(arr+i) == arr[i] printf("\nPlease enter %d numbers: ", size); for (i=0 ; i < size ; i++) scanf("%d", &arr[i]); printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); } © Keren Kalif 9

10 שחרור הזיכרון שהוקצה אחריות המתכנת לשחרר את כל זיכרון שהוקצה דינאמית במילים אחרות, המתכנת אחראי להחזיר למערכת ההפעלה כל שטח זיכרון שביקש ממנה בזמן ריצה הסיבה: שטח ה- heap עליו מוקצות ההקצאות הדינאמיות מוגבל בשטחו ומשותף לכל התוכניות, ולכן התוכנית הבאה שתבקש זיכרון עלולה לקבל NULL, כי אנחנו לא החזרנו את הזיכרון שביקשנו בסיום העבודה... צריך לזכור: כאשר יש סביבת עבודה משותפת, צריך להתחשב גם באחרים (וזה שיעור חשוב בכלל לחיים!) הקומפיילר לא מתריע על אי-שחרור הזיכרון ואין שום אינדיקציה לדעת זאת, לכן חייבים לשים לב!! © Keren Kalif 10

11 פונקציה לשחרור הקצאות דינאמיות void free(void* ptr) הפונקציה מקבלת את כתובת ההתחלה של הזיכרון שברצוננו לשחרר הפונקציה מקבלת void* שזה הכללה למצביע מכל טיפוס גם פונקציה זו נמצאת ב- stdlib.h © Keren Kalif 11

12 free – שחרור זיכרון #include void main() { int size, *arr, i; printf("Please enter the size of the array: "); scanf("%d", &size); arr = (int*)malloc(size*sizeof(int)); if (!arr) // (arr == NULL) --> allocaton didn't succeed { printf("ERROR! Out of memory!\n"); return; } printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", *(arr+i)); //*(arr+i) == arr[i] printf("\nPlease enter %d numbers: ", size); for (i=0 ; i < size ; i++) scanf("%d", &arr[i]); printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); free(arr); } הזיכרון של ה- main int:size ??? 1000 int*: arr ??? 1004 int: i ??? 1008 זיכרון ה- heap int:size int*: arr ??? 1004 int: i ??? 1008 int ??? 3000 int ??? 3004 int ??? 3008 int:size int*: arr int: i ??? 1008 int int int © Keren Kalif 12

13 תזכורת: החזרת מערך מפונקציה כאשר מעבירים מערך לפונקציה, מעבירים רק את כתובת ההתחלה שלו, ולא עותק של כל המערך ובאופן דומה, כאשר מחזירים מערך שהוגדר בפונקציה, חוזרת כתובת ההתחלה שלו, ולא עותק של כל המערך הבעייתיות: כאשר יוצאים מהפונקציה שטח הזיכרון שלה משתחרר ויש לנו מצביע לזיכרון שנמחק... הפתרון: הקצאה דינאמית © Keren Kalif 13

14 תזכורת: הבעייתיות בהחזרת מערך מפונקציה - דוגמא #define SIZE 3 int* readArray() { int arr[SIZE], i; printf("Please enter %d numbers: ", SIZE); for (i=0 ; i < SIZE ; i++) scanf("%d", &arr[i]); return arr; } void main() { int* arr, i; arr = printf("The array is: \n"); for (i=0 ; i < SIZE ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); } הקומפיילר נותן warning: returning address of local variable or temporary שפירושה שאנחנו מחזירים כתובת למשתנה בזיכרון שישתחרר הזיכרון של ה- main הזיכרון של readArray int[]: arr ??? 2000 ??? 2004 ??? 2008 int: i ??? 2012 int*: arr ??? 1000 int: i ??? 1004 לעולם לא נחזיר מפונקציה כתובת של משתנה שהוגדר מקומית בפונקציה! readArray(); int[]: arr int: i int*: arr int: i ??? 1004 © Keren Kalif 14

15 הפתרון: הקצאת המערך דינאמית #define SIZE 3 int* buildArray() { int i; int* arr = (int*)malloc(SIZE*sizeof(int)); if (!arr) { printf("ERROR! Not enough memory!\n"); exit(1); // to exit the program immedietly. // use only when memory allocation fails } for (i=0 ; i < SIZE; i++) arr[i] = i+1; return arr; } void main() { int *arr, i; arr = printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < SIZE ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); free(arr); } הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap int*: arr ??? 1000 int: i ??? 1004 int ??? 3000 int ??? 3004 int ??? 3008 buildArray(); הזיכרון של buildArray int:i ??? 2000 int*: arr ??? 2004 int:i ??? 2000 int*: arr int int int int*: arr int: i ??? 1004 אם אנחנו יוצאים מפונקציה שהקצתה דינאמית ולא שחררה, חובה להחזיר את כתובת ההתחלה של ההקצאה, כדי שנוכל לשחרר אותה בהמשך! אחרת כאשר נצא מהפונקציה כבר לא יהיה משתנה שיכיל את מיקום ההקצאה! © Keren Kalif 15

16 הקצאה בתוך פונקציה אחריות שלנו כמתכנתים לשחרר את כל הזיכרון שהקצינו יש לשים לב בייחוד במקרים בהם ההקצאה מתבצעת בפונקציה אחת, והשחרור צריך להיות בפונקציה אחרת! © Keren Kalif 16

17 החזרת מערך מפונקציה by pointer למדנו שפונקציה יכולה להחזיר ערכים ע"י קבלת כתובת לעדכון התשובה למשל: int getSum(int arr[], int size); לעומת: void getSum(int arr[], int size, int* sum); באותו אופן ניתן גם להחזיר מערך שייוצר בתוך הפונקציה לא לשכוח להעביר את המערך כ- ** © Keren Kalif 17

18 החזרת מערך מפונקציה by pointer - דוגמא void buildArray(int* arr, int size) { int i; arr = (int*)malloc(size*sizeof(int)); if (!arr) } printf("ERROR! Not enough memory!\n"); exit(1); { for (i=0 ; i < size ; i++) arr[i] = i+1; { void main() { int size, *arr=NULL, i; printf("Please enter the size of the array: "); scanf("%d", &size); buildArray(arr, size); printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); free(arr); } © Keren Kalif 18 הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap int:size ??? 1000 int*: arr ??? 1004 int: i ??? 1008 int ??? 3000 int ??? 3004 int ??? 3008 הזיכרון של buildArray int:size int: i ??? 2004 int*: arr NULL 2008 int int int int:size ??? 1000 int*: arr NULL 1004 int: i ??? 1008 int:size int*: arr NULL 1004 int: i ??? 1008 int:size int: i ??? 2004 int*: arr פה התוכנית תעוף...

19 החזרת מערך מפונקציה by pointer - התיקון void buildArray(int** arr, int size) } int i; *arr = (int*)malloc(size*sizeof(int)); if (!*arr) } printf("ERROR! Not enough memory!\n"); exit(1); { for (i=0 ; i < size ; i++) (*arr)[i] = i+1; { void main() { int size, *arr=NULL, i; printf("Please enter the size of the array: "); scanf("%d", &size); buildArray(&arr, size); printf("Values in the array: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); free(arr); } הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap int:size ??? 1000 int*: arr ??? 1004 int: i ??? 1008 int ??? 3000 int ??? 3004 int ??? 3008 הזיכרון של buildArray int:size int: i ??? 2004 int**: arr int int int int:size ??? 1000 int*: arr NULL 1004 int: i ??? 1008 int:size int*: arr NULL 1004 int: i ??? 1008 int:size int*: arr int: i ??? 1008 © Keren Kalif 19

20 שאלה לדוגמא © Keren Kalif 20

21 הגדלת מערך בדוגמא הבאה אנו קולטים מהמשתמש מספרים לתוך מערך, לא ידוע כמה איברים המשתמש יכניס כל פעם כאשר כבר אין מקום במערך צריך להגדיל אותו פי 2 האלגוריתם: קרא את האיבר החדש, אם 1- צא אם אין מקום במערך, הקצה מערך גדול פי 2 העתק למערך החדש את האיברים מהמערך הישן שחרר את המערך המקורי שנה את מצביע המערך להצביע למערך החדש © Keren Kalif 21

22 הגדלת מערך - הפלט © Keren Kalif 22

23 הגדלת מערך - הקוד void main() { int num, i, physSize = 2, logicSize = 0; int *temp, * arr = (int*)calloc(physSize, sizeof(int)); printf("Please enter numbers, -1 to stop:\n"); while (1) { scanf("%d", &num); if (num == -1) break; if (physSize == logicSize) { physSize *= 2; tmp = (int*)calloc(physSize, sizeof(int)); for (i=0 ; i < logicSize ; i++) tmp[i] = arr[i]; free(arr); arr = tmp; printf("Doubled the array size to %d\n", physSize); } printf("Read number is %d\n", num); arr[logicSize] = num; logicSize++; } printf("The array has %d elements (physSize=%d):\n", logicSize, physSize); for (i=0 ; i < logicSize ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); free(arr); } הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap int int 0 int: num ??? 1000 int: i ??? 1004 int: physSize ??? 1008 int: logicSize ??? 1012 int*: arr ??? 1016 int*: tmp ??? 1020 int: num ??? 1000 int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr ??? 1016 int*: tmp ??? 1020 int: num ??? 1000 int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int int 0 int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int int 4 int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp ??? 1020 int int int int int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp int int int int int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp int int int int int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp int: num 1000 int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int*: tmp © Keren Kalif 23

24 הפונקציה realloc שפת C נותנת לנו פונקציה שיודעת להגדיל מערך: הפונקציה יודעת להקצות מקום חדש בגודל המבוקש ולהעתיק אליו את האיברים מהמערך הישן, ובסוף גם לשחרר את הזיכרון של המערך המקורי void* realloc(void* ptr, size_t size; ( הפונקציה מקבלת כפרמטר את כתובת ההתחלה של המערך שאותו ברצונה להגדיל וכן את גודל שטח הזיכרון החדש שרוצים הפונקציה מחזירה את כתובת ההתחלה של השטח החדש שהוקצה יתכן וזו תהיה הכתובת המקורית, במידה והיה מספיק מקום להגדלה במקום המקורי בו המערך הוקצה © Keren Kalif 24

25 void main() { int num, i, physSize = 2, logicSize = 0; int* arr = (int*)calloc(physSize, sizeof(int)); printf("Please enter numbers, -1 to stop:\n"); while (1) { scanf("%d", &num); if (num == -1) break; if (physSize == logicSize) { physSize *= 2; arr = (int*)realloc(arr, physSize*sizeof(int)); printf("Doubled the array size to %d\n", physSize); } printf("Read number is %d\n", num); arr[logicSize] = num; logicSize++; } printf("The array has %d elements (physSize=%d):\n", logicSize, physSize); for (i=0 ; i < logicSize ; i++) printf("%d ", arr[i]); printf("\n"); free(arr); } הגדלת מערך – הקוד בשימוש realloc הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap int int 0 int: num ??? 1000 int: i ??? 1004 int: physSize ??? 1008 int: logicSize ??? 1012 int*: arr ??? 1016 int int int int int int int int int int int: num ??? 1000 int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr ??? 1016 int: num ??? 1000 int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr int: num 1000 int: i ??? 1004 int: physSize int: logicSize int*: arr © Keren Kalif 25

26 מה יהיה פלט התוכנית הבאה? #include void main() { char* c = (char*)malloc (sizeof(char)*5); char** s = (char**)malloc (sizeof(char*)*3); int i; for( ; ; ) { printf("enter word : "); gets(c); s[i] = c; { for(i=0; i<3; i++) printf("strings : %s \n",s[i]); free(c); free(s); } הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap char*: c ??? 1000 char**: s ??? 1004 int: i ??? 1008 char ??? 4300 char ??? 4301 char ??? 4302 char ??? 4303 char ??? 4304 char*: c char**: s ??? 1004 int: i ??? 1008 char* ??? 5300 char* ??? 5301 char* ??? 5302 char*: c char**: s int: i ??? 1008 i=0i < 3i ++ char*: c char**: s int: i char ‘h’ 4300 char ‘i’ 4301 char char ??? 4303 char ??? 4304 char* char* ??? 5301 char* ??? 5302 char*: c char**: s int: i char ‘b’ 4300 char ‘y’ 4301 char ‘e’ 4302 char char ??? 4304 char* char* char* ??? 5302 char*: c char**: s int: i char ‘g’ 4300 char ‘o’ 4301 char ‘o’ 4302 char ‘d’ 4303 char char* char* char* char*: c char**: s int: i © Keren Kalif 26

27 התיקון לתוכנית הקודמת void main() { char* c; char** s = (char**)malloc (sizeof(char*)*2); int i; for( ; ; ) { c = (char*)malloc (sizeof(char)*5); printf("enter word : "); gets(c); s[i] = c; { for(i=0; i<2; i++) printf("strings : %s \n",s[i]); for (i=0 ; i < 2 ; i++) free(s[i]); free(s); } הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap char*: c ??? 1000 char**: s ??? 1004 int: i ??? 1008 char ??? 4300 char ??? 4301 char ??? 4302 char ??? 4303 char ??? 4304 char* ??? 5300 char* ??? 5301 i=0i < 2i ++ char ‘h’ 4300 char ‘i’ 4301 char char ??? 4303 char ??? 4304 char* char* ??? 5301 char ??? 6300 char ??? 6301 char ??? 6302 char ??? 6303 char ??? 6304 char ‘b’ 6300 char ‘y’ 6301 char ‘e’ 6302 char char ??? 6304 char* char* char*: c ??? 1000 char**: s int: i ??? 1008 char*: c ??? 1000 char**: s int: i char*: c char**: s int: i char*: c char**: s int: i char*: c char**: s int: i char*: c char**: s int: i © Keren Kalif 27

28 הקצאת מערך של מערכים (1) כעת אנחנו יכולים לייצר מטריצה שבכל שורה יש מספר שונה של איברים © Keren Kalif 28

29 הקצאת מערך של מערכים (2) void main() { int rows, **matrix, i, j, *sizes; printf("Enter number of rows in the matrix: "); scanf("%d", &rows); matrix = (int**)malloc(rows*sizeof(int*)); sizes = (int*)malloc(rows*sizeof(int)); for ( ; ; ) { printf("Enter size of row #%d: ", i+1); scanf("%d", &sizes[i]); matrix[i] = (int*)calloc(sizes[i], sizeof(int)); for (j=0 ; j < sizes[i] ; j++) matrix[i][j] = (i+1)*10+j+1; } printf("The matrix is:\n"); for (i=0 ; i < rows ; i++) { for (j=0 ; j < sizes[i] ; j++) printf("%d ", matrix[i][j]); printf("\n"); } free(sizes); for ( ; ; ) free(matrix[i]); free(matrix); } הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap int* ??? 3000 int* ??? 3004 int* ??? 3008 int:rows ??? 1000 int**: matrix ??? 1004 int: i ??? 1008 int: j ??? 1012 int*: sizes ??? 1016 int:rows int**: matrix ??? 1004 int: i ??? 1008 int: j ??? 1012 int*: sizes ??? 1016 int:rows int**: matrix int: i ??? 1008 int: j ??? 1012 int*: sizes ??? 1016 int ??? 4000 int ??? 4004 int ??? 4008 int:rows int**: matrix int: i ??? 1008 int: j ??? 1012 int*: sizes i=0i < rowsi++ int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes int int ??? 4004 int ??? 4008 int int int* int* ??? 3004 int* ??? 3008 int int int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes int int int ??? 4008 int int int int* int* int* ??? 3008 int int int int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes int int int int int int int int* int* int* int int int int int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes i=0i < rowsi++ int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes int:rows int**: matrix int: i int: j ??? 1012 int*: sizes © Keren Kalif 29

31 char: str1[] ??? 1000 ??? 1001 ??? 1002 char*: str2 ??? 1003 char*: newStr1 ??? 1007 char*: newStr2 ??? 1011 strdup – דוגמא #include void main() } char str1[] = "hi"; char* str2 = "bye"; char* newStr1 = strdup(str1); char* newStr2 = strdup(str2); printf("The first duplicated string: |%s|\n", newStr1); printf("The second duplicated string: |%s|\n", newStr2); free(newStr1); free(newStr2); { הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap char: str1[] ‘h’ 1000 ‘i’ 1001 ‘\0’ 1002 char*: str2 ??? 1003 char*: newStr1 ??? 1007 char*: newStr2 ??? 1011 char ‘h’ 4300 char ‘i’ 4301 char ‘\0’ 4302 char ‘b’ 6300 char ‘y’ 6301 char ‘e’ 6302 char ‘\0’ 6303 char: str1[] ‘h’ 1000 ‘i’ 1001 ‘\0’ 1002 char*: str char*: newStr1 ??? 1007 char*: newStr2 ??? 1011 char: str1[] ‘h’ 1000 ‘i’ 1001 ‘\0’ 1002 char*: str char*: newStr char*: newStr2 ??? 1011 char: str1[] ‘h’ 1000 ‘i’ 1001 ‘\0’ 1002 char*: str char*: newStr char*: newStr זיכרון ה- static storage char ‘b’ 5300 char ‘y’ 5301 char ‘e’ 5302 char ‘\0’ 5303 © Keren Kalif 31

32 קליטת טקסט כתוב תוכנית הקולטת שורות טקסט מהמשתמש עד ENTER. ניתן להניח כי בכל שורה יש מקסימום 128 תווים. לא ניתן להניח דבר על כמות השורות שיקלטו ניתן להיעזר בפונקציה strdup © Keren Kalif 32

33 קליטת טקסט - הקוד #include #define MAX_LINE_LEN 128 int readText (char*** text); void printText(char** text, int numOfLines); void freeText (char** text, int numOfLines); void main() { char** text; int numOfLines; numOfLines = readText(&text); printText(text, numOfLines); freeText(text, numOfLines); } void printText(char** text, int numOfLines) { int i; printf("There are %d lines:\n", numOfLines); for (i=0 ; i < numOfLines ; i++) puts(text[i]); } © Keren Kalif 33 void freeText (char** text, int numOfLines) { int i; for (i=0 ; i < numOfLines ; i++) free(text[i]); free(text); } הזיכרון של ה- main char**: text ??? 1000 int: numOfLines ??? 1001

34 קליטת טקסט - הקוד (2) int readText (char*** text) { char temp[MAX_LINE_LEN]; int phisicalSize=2, logicalSize=0; int fContinue = 1; *text = (char**)malloc(phisicalSize*sizeof(char*)); printf("Enter strings, ENTER to stop:\n"); while (fContinue) { gets(temp); if (temp[0] == '\0') fContinue = 0; else { if (logicalSize == phisicalSize) { phisicalSize *= 2; *text = (char**)realloc (*text, phisicalSize*sizeof(char*)); } (*text)[logicalSize++] = } } return logicalSize; } © Keren Kalif 34 הזיכרון של ה- main זיכרון ה- heap char ‘h’ 5300 char ‘i’ 5301 char ‘\0’ 5302 char***: text char: temp[128] ??? 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue הזיכרון של ה- main char**: text ??? 1000 int: numOfLines ??? 1001 char* ??? 4300 char* ??? 4304 char**: text int: numOfLines ??? 1001 char***: text char: temp[128] “hi” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue strdup(temp); char* char* ??? 4304 char***: text char: temp[128] “hi” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char***: text char: temp[128] “bla” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char ‘b’ 6300 char ‘l’ 6301 char ‘a’ 6302 char ‘\0’ 6303 char* char* char***: text char: temp[128] “bla” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char***: text char: temp[128] “me” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char***: text char: temp[128] “me” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char* char* char* char* ??? 7312 char**: text int: numOfLines ??? 1001 char ‘m’ 5800 char ‘e’ 5801 char ‘\0’ 5802 char***: text char: temp[128] “me” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char***: text char: temp[128] “” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue char***: text char: temp[128] “” 2004 … ??? 2131 int: phisicalSize int: logicalSize int: fContinue

35 קליטת טקסט – המשך הרצה #include #define MAX_LINE_LEN 128 int readText (char*** text); void printText(char** text, int numOfLines); void freeText (char** text, int numOfLines); void main() { char** text; int numOfLines; numOfLines = readText(&text); printText(text, numOfLines); freeText(text, numOfLines); } void printText(char** text, int numOfLines) { int i; printf("There are %d lines:\n", numOfLines); for (i=0 ; i < numOfLines ; i++) puts(text[i]); } © Keren Kalif 35 void freeText (char** text, int numOfLines) { int i; for (i=0 ; i < numOfLines ; i++) free(text[i]); free(text); } char ‘h’ 5300 char ‘i’ 5301 char ‘\0’ 5302 הזיכרון של ה- main char ‘b’ 6300 char ‘l’ 6301 char ‘a’ 6302 char ‘\0’ 6303 char* char* char* char* ??? 7312 char**: text int: numOfLines ??? 1001 char ‘m’ 5800 char ‘e’ 5801 char ‘\0’ 5802 char**: text int: numOfLines

36 הקצאת מערך של מבנים struct Point { int x, y; } typedef point_t; void main() { int size, i; point_t* points; printf("How many points? "); scanf("%d", &size); points = (point_t*)calloc(size, sizeof(point_t)); if (!points) { printf("ERROR! Out of memory!\n"); return; } printf("Points are: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("(%d, %d) ", points[i].x, points[i].y); printf("\nPlease enter %d points: \n", size); for (i=0 ; i < size ; i++) { printf("Point #%d: ", i+1); scanf("%d %d", &points[i].x, &points[i].y); } printf("Points are: "); for (i=0 ; i < size ; i++) printf("(%d, %d) ", points[i].x, points[i].y); printf("\n"); free(points) } אין שום שינוי פרט לטיפוס ב- calloc/malloc © Keren Kalif 36

37 סוגי מערכים כאשר מקצים מערך של מבנים, ישנן כמה אופציות (למשל עבור המבנה Student): 1. מערך של Student בגודל הידוע בזמן קומפילציה student_t arr[3]; 2. מערך של Student בגודל שאינו ידוע בזמן קומפילציה student_t* arr; 3. מערך של מצביעים ל- Student בגודל הידוע בזמן קומפילציה student_t* arr[3]; 4. מערך של מצביעים ל- Student בגודל שאינו ידוע בזמן קומפילציה student_t** arr; © Keren Kalif 37

38 סוגי המערכים (1) מערך של Student בגודל הידוע בזמן קומפילציה student_t arr[3]; במקרה זה כל איברי המערך נמצאים על ה- stack מימוש זה בזבזני במידה ולא נשתמש בכל איברי המערך יעיל מבחינת ביצועים (אין הקצאות דינאמיות) student[]: arr[0]: name arr[0]: id arr[1]: name arr[1]: id arr[2]: name arr[2]: id © Keren Kalif 38

39 סוגי המערכים (2) מערך של Student בגודל שאינו ידוע בזמן קומפילציה student_t* arr; במקרה זה רק כתובת ההתחלה של המערך נמצאת על ה- stack, בעוד המבנים עצמם נמצאים על ה- heap גם מימוש זה בזבזני במידה ולא נשתמש בכל איברי המערך יעיל מבחינת ביצועים (יש רק הקצאה אחת) student_t*: arr student_t: name “yoyo” 2200 id student_t: name “gogo” 2236 id © Keren Kalif 39

40 סוגי המערכים (3) מערך של מצביעים ל- Student בגודל הידוע בזמן קומפילציה student_t* arr[3]; במקרה זה יש מערך של 3 כתובות על ה- stack, והמבנים עצמם יוקצו דינאמית על ה- heap בעת הצורך מימוש זה אופטימלי מבחינת מקום, כלומר נקצה מקום לנתוני המבנה רק בעת הצורך. פחות יעיל מבחינת ביצועים (כל אחד מהאיברים מוקצה דינאמית) © Keren Kalif 40 student_t*[]: arr NULL student_t: name “yoyo” 2200 id 1111 student_t: name “yoyo” 5400 id 1111

41 סוגי המערכים (4) מערך של מצביעים ל- Student בגודל שאינו ידוע בזמן קומפילציה student_t** arr; על ה- stack תהיה רק כתובת ההתחלה של מערך של כתובות מערך הכתובות יוקצה על ה- heap שכן גודלו אינו ידוע בזמן קומפילציה © Keren Kalif 41 student_t**: arr student_t: name “yoyo” 2200 id 1111 student_t: name “yoyo” 5400 id 1111 students*[]: students

42 הקצאת מערך של מבנים בתוך מבנה בדוגמא הבאה יש לנו את המבנה "כיתה" שיכול להכיל מערך של תלמידים מספר התלמידים אינו ידוע מראש וניתן ע"י המשתמש בזמן ריצה מערך התלמידים שבתוך המבנה "כיתה" מוקצה בזמן ריצה בכל איבר במערך יהיו נתונים של סטודנט דוגמא, המשתמש בחר מערך בגודל 4, בכל איבר יהיו נתוני סטודנט © Keren Kalif 42

43 דוגמא – הקצאת סטודנטים בכיתה (הקוד בלבד, כך שאפשר לראות אותו ) struct Student { char name[10]; int id; } typedef student_t; struct Class { char teacherName[10]; int numOfStudents; student_t* students; }typedef class_t; void main() { int i; class_t c = {"Keren"}; printf("How many students? "); scanf("%d", &c.numOfStudents); c.students = (student_t*)calloc(c.numOfStudents, sizeof(student_t)); // check if allocation succeeded.. printf("Enter name and id for each student:\n"); for (i=0 ; i < c.numOfStudents ; i++) { printf("Student #%d: ", i+1); scanf("%s %d", c.students[i].name, &c.students[i].id); } printClass(c); free(c.students); } void printClass(class_t c) { int i; printf("The teacher is %s and the %d students are:\n", c.teacherName, c.numOfStudents); for (i=0 ; i < c.numOfStudents ; i++) printf(" %d- Name: %s\tId: %d\n", i+1, c.students[i].name, c.students[i].id); } © Keren Kalif 43

44 דוגמא – הקצאת סטודנטים בכיתה #include struct Student { char name[10]; int id; } typedef student_t; struct Class { char teacherName[10]; int numOfStudents; student_t* students; }typedef class_t; void printClass(class_t c) { int i; printf("The teacher is %s and the %d students are:\n", c.teacherName, c.numOfStudents); for (i=0 ; i < c.numOfStudents ; i++) printf(" %d- Name: %s\tId: %d\n", i+1, c.students[i].name, c.students[i].id); } void main() { int i; class_t c = {"Keren"}; printf("How many students? "); scanf("%d", &c.numOfStudents); c.students = (student_t*)calloc(c.numOfStudents, sizeof(student_t)); // check if allocation succeeded.. printf("Enter name and id for each student:\n"); for (i=0 ; i < c.numOfStudents ; i++) { printf("Student #%d: ", i+1); scanf("%s %d", c.students[i].name, &c.students[i].id); } printClass(c); free(c.students); } הזיכרון של ה- main int:i ??? 1000 class_t: char[10]:c.teacherName ??? 1004 int: c.numOfStudents ??? student_t*:c.students ??? זיכרון ה- heap student_t: name id student_t: name id int:i ??? 1000 class_t: char[10]:c.teacherName “keren” 1004 int: c.numOfStudents ??? student_t*:c.students ??? int:i ??? 1000 class_t: char[10]:c.teacherName “keren” 1004 int: c.numOfStudents 2 student_t*:c.students ??? int:i ??? 1000 class_t: char[10]:c.teacherName “keren” 1004 int: c.numOfStudents 2 student_t*:c.students 2200 student_t: name “yoyo” 2200 id student_t: name “gogo” 2236 id הזיכרון של printClass int:i ??? 3000 class_t: char[10]:c.teacherName “keren” 3004 int: c.numOfStudents 2 student_t*:c.students 2200 © Keren Kalif 44

45 אבל מה אם נרצה להקצות מערך ולהשתמש רק בחלק מהאיברים? במקרה זה נגדיר עוד שדה שיגיד בכמה מאיברי המערך אנחנו משתמשים, ולא נתייחס לשאר האיברים, מצידנו שיישארו זבל אבל, מבנה יכול לתפוס הרבה מקום בזיכרון וזה יכול להיות בזבוז מקום לכן נקצה מערך של מצביעים למבנים בגודל המקסימלי שאנחנו רוצים, וכל איבר שיהיה בשימוש יצביע למבנה שיוקצה דינאמית © Keren Kalif 45

46 הקצאת מערך של מצביעים למבנים בתוך מבנה בדוגמא הבאה יש לנו את המבנה "כיתה" שיכול להכיל אוסף של תלמידים מספר הסטודנטים המקסימלי ידוע מראש ויש מערך של מצביעים ל"סטודנט" בתחילה רשומים לכיתה 0 סטודנטים, וכל פעם נוסיף סטודנט נוסף לכיתה כל איבר יהיה מצביע ל"סטודנט". כל עוד לא נרשם סטודנט המצביע הוא NULL דוגמא: כיתה שיכולים להיות בה מקסימום 4 סטודנטים לאחר רישום סטודנט © Keren Kalif 46

47 #define MAX_STUDENTS 2 struct Student { char name[10]; int id; } typedef student_t; struct Class { char teacherName[10]; int registeredStudents; student_t* students[MAX_STUDENTS]; }typedef class_t; void printClass(class_t c) { int i; printf("The teacher is %s and the %d students are:\n", c.teacherName, c.registeredStudents); for (i=0 ; i < c.registeredStudents ; i++) printf(" %d- Name: %s\tId: %d\n", i+1, c.students[i]->name, c.students[i]->id); } מערך של מצביעים דוגמא – רישום סטודנטים לכיתה void main() { int i, fExit=0; char answer; class_t c = {"Keren"}; do { if (c.registeredStudents == MAX_STUDENTS) { printf("Class is full!\n"); break; } printf("Register a student (Y/N)? "); flushall(); scanf("%c", &answer); if (answer == 'N') fExit = 1; else { c.students[c.registeredStudents] = (student_t*)calloc(1, sizeof(student_t)); printf("Enter name and id: "); scanf("%s %d", c.students[c.registeredStudents]->name, &c.students[c.registeredStudents]->id); c.registeredStudents++; } } while (fExit==0); printClass(c); for (i=0 ; i < c.registeredStudents ; i++) free(c.students[i]); } (הקוד בלבד, כך שאפשר לראות אותו ) בדיקה אם יש מקום לסטודנט נוסף פניה לאיבר הפנוי הבא בעזרת registeredStudents פניה לשדות איברי המערך בעזרת <- (כי הם מצביעים) © Keren Kalif 47

48 #define MAX_STUDENTS 2 struct Student { char name[10]; int id; } typedef student_t; struct Class { char teacherName[10]; int registeredStudents; student_t* students[MAX_STUDENTS]; }typedef class_t; void printClass(class_t c) { int i; printf("The teacher is %s and the %d students are:\n", c.teacherName, c.registeredStudents); for (i=0 ; i < c.registeredStudents ; i++) printf(" %d- Name: %s\tId: %d\n", i+1, c.students[i]->name, c.students[i]->id); } void main() { int i, fExit=0; char answer; class_t c = {"Keren"}; do { if (c.registeredStudents == MAX_STUDENTS) { printf("Class is full!\n"); break; } printf("Register a student (Y/N)? "); flushall(); scanf("%c", &answer); if (answer == 'N') fExit = 1; else { c.students[c.registeredStudents] = (student_t*)calloc(1, sizeof(student_t)); printf("Enter name and id: "); scanf("%s %d", c.students[c.registeredStudents]->name, &c.students[c.registeredStudents]->id); c.registeredStudents++; } } while (fExit==0); printClass(c); for ( ; ; ) free(c.students[i]); } דוגמא – רישום סטודנטים לכיתה הזיכרון החלקי של ה- main class_t: char[10]:c.teacherName ??? 1000 int: c.registeredStudents ??? student_t*[] :c.students ??? זיכרון ה- heap student_t: name id 0 class_t: char[10]:c.teacherName “Keren” 1000 int: c.registeredStudents 0 student_t*[] :c.students NULL Y class_t: char[10]:c.teacherName “Keren” 1000 int: c.registeredStudents 0 student_t*[] :c.students 2200 NULL student_t: name “momo” 2200 id 1111 class_t: char[10]:c.teacherName “Keren” 1000 int: c.registeredStudents 1 student_t*[] :c.students 2200 NULL student_t: name id 0 class_t: char[10]:c.teacherName “Keren” 1000 int: c.registeredStudents 1 student_t*[] :c.students student_t: name “gogo” 5300 id 2222 class_t: char[10]:c.teacherName “Keren” 1000 int: c.registeredStudents 2 student_t*[] :c.students i=0i < c.registeredStudentsi++ i=0 i=1i=2 © Keren Kalif 48

49 הקצאת מערך של מצביעים למבנים בתוך מבנה בדוגמא הבאה יש לנו את המבנה "כיתה" שיכול להכיל אוסף של תלמידים מספר הסטודנטים המקסימלי אינו ידוע מראש וניתן ע"י המשתמש בזמן ריצה בתחילה רשומים לכיתה 0 סטודנטים, וכל פעם נוסיף סטודנט נוסף לכיתה בכל איבר יהיה מצביע ל"סטודנט". כל עוד לא נרשם סטודנט המצביע הוא NULL דוגמא: כיתה שהמשתמש החליט שיכולים להיות בה מקסימום 4 סטודנטים: לאחר רישום סטודנט © Keren Kalif 49

50 דוגמא – רישום סטודנטים לכיתה דינאמית (1) #include struct Student { char name[10]; int id; } typedef student_t; struct Class { char teacherName[10]; int numOfStudents; int registeredStudents; student_t** students; }typedef class_t; void printClass(class_t c) { int i; printf("The teacher is %s and the %d students are:\n", c.teacherName, c.registeredStudents); for (i=0 ; i < c.registeredStudents ; i++) printf(" %d- Name: %s\tId: %d\n", i+1, c.students[i]->name, c.students[i]->id); } © Keren Kalif 50 מערך בגודל שאינו ידוע עדיין ושכל איבר בו יהיה מצביע

51 דוגמא – רישום סטודנטים לכיתה דינאמית (2) void main() { int i, fExit=0; char answer; class_t c = {"Keren"}; printf("How many max students? "); scanf("%d", &c.numOfStudents); c.students = (student_t**)malloc(sizeof(student_t*)*c.numOfStudents); // check if allocation succeeded do { if (c.registeredStudents == c.numOfStudents) { printf("Class is full!\n"); fExit = 1; } printf("Register a student (Y/N)? "); flushall(); scanf("%c", &answer); if (answer == 'N') fExit = 1; else { c.students[c.registeredStudents] = (student_t*)calloc(1, sizeof(student_t)); printf("Enter name and id: "); scanf("%s %d", c.students[c.registeredStudents]->name, &c.students[c.registeredStudents]->id); c.registeredStudents++; } } while (fExit==0); printClass(c); for (i=0 ; i < c.registeredStudents ; i++) free(c.students[i]); free(c.students); } קבלת מספר הסטודנטים המקסימלי מהמשתמש הקצאת מערך של מצביעים לסטודנט שיחרור כל אחד מאיברי המערך שיחרור מערך המצביעים שגם הוקצה דינאמית (כמו בדוגמא "מערך של מערכים") © Keren Kalif 51

52 שאלת סיכום © Keren Kalif 52

53 ביחידה זו למדנו: פקודות ניהול זיכרון ב- C לעומת C++ malloc calloc free realloc מוטיבציה להקצאות דינאמיות מערך של מצביעים מערך של מצביעים שחוזר כפרמטר מפונקציה מערך של מצביעים למבנים © Keren Kalif 53


Download ppt "קרן כליף הרצאה 04 הקצאות דינאמיות. ביחידה זו נלמד: פקודות ניהול זיכרון ב- C לעומת C++ malloc calloc free realloc מוטיבציה להקצאות דינאמיות מערך של מצביעים."

Similar presentations


Ads by Google