Слайд 1Основы программирования
ФИСТ 1 курс
Власенко
Олег
Федосович
Лекция 9
Память и работа с
памятью в Си:
Оперативная память. Загрузка и выполнение программы. Код программы.
Разделы памяти: автоматическая, статическая, динамическая память.
Адрес. Указатель. Операции взятия адреса & и разыменования *.
[ Ассемблер и машинный код. Трансляция программы из ЯВУ в ассемблер. ]
Классы памяти: auto, static, register, extern.
Выделение и освобождение динамической памяти.
Слайд 2https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D1%8C
Схемотехника ЭВМ
С точки зрения программиста, оперативная память – это
одномерный массив байт:
char memory[0x100000000];
Оперативная память
Слайд 3Загрузка и выполнение программы
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B7%D1%87%D0%B8%D0%BA_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC
«При запуске новой программы загрузчик должен:
Считать данные
из запускаемого файла.
Если необходимо — загрузить в память недостающие динамические библиотеки.
Заменить
в коде новой программы относительные адреса и символические ссылки на точные, с учётом текущего размещения в памяти, то есть выполнить связывание адресов (англ. Relocation).
Создать в памяти образ нового процесса и запланировать его к исполнению.»
Операционные системы
Системное программное обеспечение
Слайд 4Код программы
Машинный код:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4
Организация ЭВМ и систем
Слайд 5Разделы памяти: автоматическая, статическая, динамическая память
«Размещение объектов в оперативной памяти.
Понятие указателя»
https://rsdn.org/article/cpp/ObjectsAndPointers.xml?print
Статическая память — это область памяти, выделяемая при
запуске программы до вызова функции main из свободной оперативной памяти для размещения глобальных и статических объектов, а также объектов, определённых в пространствах имён.
Автоматическая память — это специальный регион памяти, резервируемый при запуске программы до вызова функции main из свободной оперативной памяти и используемый в дальнейшем для размещения локальных объектов: объектов, определяемых в теле функций и получаемых функциями через параметры в момент вызова. Автоматическую память часто называют стеком.
Динамическая память — это совокупность блоков памяти, выделяемых из доступной свободной оперативной памяти непосредственно во время выполнения программы под размещение конкретных объектов.
Слайд 6Структура памяти программы во время выполнения
Слайд 7Адрес. Указатель. Операции взятия адреса &
и разыменования *.
void main()
{
// char memory[0x100000000];
int a;
int b;
int * p1;
int * p2;
a
= 10;
b = 20;
printf(" a = %d b = %d\n", a, b);
p1 = &a;
p2 = p1;
*p1 = 30;
printf(" a = %d b = %d\n", a, b);
}
Слайд 8Ассемблер и машинный код.
Трансляция программы из ЯВУ в ассемблер.
;
14 : b = 20;
0002f c7 45 e8 14
00
00 00 mov DWORD PTR _b$[ebp], 20 ; 00000014H
; 16 : p1 = &a;
0004b 8d 45 f4 lea eax, DWORD PTR _a$[ebp]
0004e 89 45 dc mov DWORD PTR _p1$[ebp], eax
http://ru.stackoverflow.com/questions/250673/%D0%9C%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D0%BE-%D0%BB%D0%B8-%D0%B2-vs-2012-%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B5%D1%82%D1%8C-%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B5%D0%BC%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BA%D0%BE%D0%B4
>> Добрый день! Скажите, пожалуйста, можно ли в VS 2012 pro посмотреть ассемблерный код написанной программки? …
> Project Properties > Configuration Properties > C/C++ > Output Files > Assembler output
Слайд 9Классы памяти: auto, static, register, extern
Спецификаторы классов памяти extern, auto, register, static
используются для изменения
способа создания памяти для переменных в языках C (и C++).
Эти спецификаторы ставятся перед именем типа, который они модифицируют.
auto
static
register
extern
http://ic.asf.ru/~/docs/cpp/cppd_qualifier.htm
Слайд 10auto и static
Спецификатор auto уведомляет компилятор о том, что локальная переменная, перед
именем которой он стоит, создается при входе в блок и
разрушается при выходе из блока. Все переменные, определённые внутри функции, являются автоматическими по умолчанию, и поэтому ключевое слово auto используется крайне редко.
Спецификатор static указывает компилятору на хранение локальной переменной во время всего жизненного цикла программы вместо ее создания и разрушения при каждом входе в область действия и выходе из неё. Следовательно, возведение локальных переменных в ранг статистических позволяет поддерживать их значения между вызовами функций.
void f() {
static int a = 3;
auto int b = 3;
a++;
b++;
}
Слайд 11auto и static (2)
Что Вы увидите на экране?
void f() {
static
int a = 3;
auto int b = 3; // РАБОТАЕТ
ТОЛЬКО ДЛЯ *.C ФАЙЛОВ!!!
a++;
b++;
printf("%d %d\n", a, b);
}
void main() {
f(); // Вывод: 4 4 \n
f(); // ????
f(); // ????
}
Слайд 12register
Когда язык C был только изобретён, спецификатор register можно было использовать лишь
для локальных целых или символьных переменных, поскольку он заставлял компилятор
пытаться сохранить эту переменную в регистре центрального процессора вместо того, чтобы её просто разместить в памяти. В таком случае все ссылки на переменную работали исключительно быстро. С тех пор определение спецификатора расширилось. Теперь любую переменную можно определить как register и тем самым возложить заботу об оптимизации доступа к ней на компилятор. Для символов и целых это по прежнему означает их хранение в регистре процессора, но для других типов данных, это может означать, например, использование кеш-памяти. Следует иметь в виду, что использование спецификатора register — это всего лишь заявка, которая может быть и не удовлетворена. Компилятор волен её проигнорировать. Причина этого состоит в том, что только ограниченное число переменных можно оптимизировать ради ускорения обработки данных. При превышении этого предела компилятор будет просто игнорировать дальнейшие register-"заявки".
Слайд 13register (2)
double get_average_even(int arr[NUM]) {
register int s = 0;
register int
cnt_even = 0;
register int i = 0;
while (i < NUM)
{
if (arr[i] % 2 == 0) {
s += arr[i];
cnt_even++;
}
i++;
}
return s / cnt_even;
}
Слайд 14extern
Если спецификатор extern размещается перед именем переменной, компилятор будет "знать", что переменная
имеет внешнюю привязку, т.е. что память для этой переменной выделена
где-то в другом месте программы. Внешняя "привязка" означает, что данный объект виден вне его собственного файла. По сути, спецификатор extern сообщает компилятору лишь тип переменной, но не выделяет для неё области памяти. Чаще всего спецификатор extern используеться в тех случаях, когда одни и те же глобальные переменные используются в двух или более файлах.
extern int cnt_call;
Слайд 15extern (2)
// Файл main.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
extern int cnt_call;
void call();
void main()
{
printf("cnt_call = %d\n", cnt_call);
call();
printf("cnt_call = %d\n", cnt_call);
call();
printf("cnt_call = %d\n", cnt_call);
}
Слайд 16extern (3)
// Файл call.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
int cnt_call = 10;
void call()
{
printf("call!!!\n");
cnt_call++;
}
Слайд 18В какой раздел памяти попадут переменные?
int s;
int f(int *arr, int
n) {
static int cnt = 0;
int s = 0, i;
for
(i = 0; i < n; i++) s += arr[i];
cnt++;
return s;
}
void main() {
int *a = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
a[0] = 10; a[1] = 15; a[2] = 25; a[3] = 30; a[4] = 40;
s = f(a, 5);
printf(“s = %d”, s);
free(a);
}
Слайд 20Указатель void *
#include
void main() {
int a = 20;
int *
pa = &a;
void * p = pa;
int * p2 =
(int *)p;
printf("a = %d\n", a);
*pa = 25; // a = 25;
printf("a = %d\n", a);
// *p = 30;
*p2 = 30; // a = 30;
printf("a = %d\n", a);
}
Слайд 21Выделение и освобождение динамической памяти
http://learnc.info/c/memory_allocation.html
Для выделения памяти на куче
в си используется функция malloc (memory allocation)
void * malloc(size_t
size);
После того, как мы поработали с памятью, необходимо освободить память функцией free.
void free(void * ptr);
Слайд 22Задача: Обработка оценок по контрольной для произвольной группы
Задача:
Количество студентов в
группе задается перед началом обработки.
Нужно подсчитать среднее арифметическое оценки по
контрольной для группы. И отдельно вывести оценки ниже и выше средних с указанием индексов.
Пример ввода:
5
2 3 4 5 1
Вывод:
3
2(0) 1(4)
4(2) 5(3)
Слайд 23Задача (1)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
void main() {
int * a;
int n;
int i;
int
s;
double average;
printf("n=");
scanf("%d", &n);
a = (int *)malloc(n * sizeof(int));
Слайд 24Задача (2)
printf("Please input %d numbers:", n);
i = 0;
while (i
n) {
scanf("%d", &a[i]);
i++;
}
s = 0;
i = 0;
while (i < n)
{
s += a[i];
i++;
}
average = s / (double)n;
printf("%4.1lf\n", average);
Слайд 25Задача (3)
i = 0;
while (i < n) {
if (a[i]
average) {
printf("%d(%d) ", a[i], i);
}
i++;
}
printf("\n");
i = 0;
while (i < n)
{
if (a[i] > average) {
printf("%d(%d) ", a[i], i);
}
i++;
}
printf("\n");
Слайд 27Задача 2
Из файла in4.txt загрузить массив из N целых чисел.
Во
входном файле есть 2 строки. 1 строка содержит число N.
Вторая строка содержит N чисел.
Все элементы, стоящие после первого четного увеличить в 10 раз.
Получившийся массив вывести в файл out4.txt в формате, аналогичном входному файлу.
Использовать динамический массив.
Пример входа: Пример выхода:
3 3
2 3 4 2 3 40
Слайд 28Задача 2 (1)
void main() {
int n;
int *elements = read_array(&n);
if (elements
== NULL) {
return;
}
int i = find_first_odd(elements, n) + 1;
while (i
< n) {
elements[i] *= 10;
i++;
}
write_array(elements, n);
free(elements);
}
Слайд 29Задача 2 (2)
int find_first_odd(int a[], int n) {
int i =
0;
while (i < n) {
if (a[i] % 2 == 1)
{
return i;
}
i++;
}
return i;
}
Слайд 30Задача 2 (3)
int* read_array(int *pn) {
FILE *fin = fopen("c:\\Temp\\Files\\in4.txt", "rt");
if
(fin == NULL) {
printf("File in4.txt is not found");
return NULL;
}
fscanf(fin, "%d",
pn);
int *pa = (int*)malloc(*pn * sizeof(int));
int i = 0;
while (i < *pn) {
fscanf(fin, "%d", &pa[i]);
i++;
}
fclose(fin);
return pa;
}
Слайд 31Задача 2 (4)
void write_array(int a[], int n) {
FILE * fout
= fopen("c:\\Temp\\Files\\out4.txt", "wt");
if (fout == NULL) {
printf("File out4.txt cannot be
created");
return;
}
fprintf(fout, "%d\n", n);
int i = 0;
while (i < n) {
fprintf(fout, "%d ", a[i]);
i++;
}
fclose(fout);
}
Слайд 32Домашнее задание
Изучить информацию по Выделению и освобождению динамической памяти: http://learnc.info/c/memory_allocation.html