Алгоритмизации

• Название: Алгоритмизации
• Дата: 27.09.2022
• Размер: 1.15 Mb.
• Имя файла: 12_100229_1_124427 (1).docx
• Тип: Документы; #700459
• страница: 19 из 67

ГЛАВА 12. Классы памяти и область действия объектов

1. КлассыпамятиобъектоввязыкеCи

Напомним, что все объекты программы на Си перед их использованием должны быть декларированы. Операционные объекты (в частности переменные) при этом, кроме атрибута «тип», имеют необязательный атрибут «класспамяти», существенно влияющий на область и время их действия.

Класс памяти программного объекта определяет время ее существования (время жизни) и область видимости (действия) и может принимать одно из значений: auto, extern, static и register.

Класс памяти и область действия объектов по умолчанию зависят от места их размещения в коде программы.

Область действия объекта – это часть кода программы, в которой его можно использовать для доступа к связанному с ним участку памяти. В зависимости от области действия переменная может быть локальной (внутренней) или глобальной (внешней).

Имеется три основных участка программы, где можно декларировать переменные:

• 
  внутри функции (блока);
  
• 
  в заголовке функции при определении параметров;
  
• 
  вне функции.
  

Эти переменные соответственно называются локальными (внутренними) переменными, формальными параметрами и глобальными (внешними) переменными.

Область действия локальных данных – от точки декларации до конца функции (блока), в которой произведена их декларация, включая все вложенные блоки.

Областью действия глобальных данных считается файл, в котором они определены, от точки описания до его окончания.

Если класс памяти у переменной не указан явным образом, он определяется компилятором исходя из контекста ее декларации.

Время жизни может быть постоянным – в течение выполнения программы, и временным – в течение выполнения функции (блока) программы.

2. Автоматическиепеременные

Переменные, декларированные внутри функций, являются внутренними и называются локальными переменными. Никакая другая функция не имеет прямого доступа к ним. Такие объекты существуют временно на этапе активности функции.

Каждая локальная переменная существует только в блоке кода, в котором она объявлена, и уничтожается при выходе из него. Эти переменные называются автоматическими и располагаются в стековой области памяти.

При необходимости такая переменная инициализируется каждый раз при выполнении оператора, содержащего ее определение. Освобождение памяти происходит при выходе из функции (блока), в которой декларирована переменная, т.е. время ее жизни – с момента описания до конца блока.

По умолчанию локальные объекты, объявленные в коде функции, имеют атрибут класса памяти auto.

Принадлежность к этому классу можно также подчеркнуть явно, например:

void main(void) {

auto int max, lin;

...

}

так поступают, если хотят показать, что определение переменной не нужно искать вне функции.

Для глобальных переменных этот атрибут не используется.

Регистровая память(атрибут register) – объекты целого типа и символы рекомендуется размещать не в ОП, а в регистрах общего назначения (процессора), а при нехватке регистров – в стековой памяти (размер объекта не должен превышать разрядности регистра), для других типов компилятор может использовать другие способы размещения или просто проигнорировать данную рекомендацию.

Регистровая память позволяет увеличить быстродействие программы, но к размещаемым в ней объектам в языке Си (но не С++) не применима операция получения адреса «&».

3. Статическиеивнешниепеременные

Объекты, размещаемые в статической памяти, декларируются с атрибутом static и могут иметь любой атрибут области действия. В зависимости от расположения оператора описания статические переменные могут быть глобальными и локальными. Время жизни – постоянное.

Инициализируется один раз при первом выполнении оператора, содержащего определение переменной. Глобальные объекты всегда являются статическими. Атрибут static, использованный при описании глобального объекта, предписывает ограничение его области применения только в пределах остатка текущего файла, а значения локальных статических объектов сохраняются до повторного вызова функции, т.е. в языке Си ключевое слово static имеет разный смысл для локальных и глобальных объектов.

Итак, переменная, описанная вне функции, является внешней

(глобальной) переменной.

Так как внешние переменные доступны всюду, их можно использовать вместо списка аргументов для передачи значений между функциями.

Внешние переменные существуют постоянно. Они сохраняют свои значения и после того, как функции, присвоившие им эти значения, завершат свою работу.

При отсутствии явной инициализации для внешних и статических переменных гарантируется их обнуление. Автоматические и регистровые переменные имеют неопределенные начальные значения («мусор»).

Внешняя переменная должна быть определена вне всех функций. При этом ей выделяется фактическое место в памяти. Такая переменная должна быть описана в той функции, которая собирается ее использовать. Это можно сделать либо явным описанием extern, либо по контексту.

Описание extern может быть опущено, если определение внешней переменной находится в том же файле, но до ее использования в некоторой конкретной функции.

Ключевое слово extern позволяет функции использовать внешнюю переменную, даже в том случае, если она определяется позже в этом или другом файле.

Важно различать описание внешней переменной и ее определение.

Описание указывает свойство переменной, ее размер, тип и т. д.; определение же вызывает еще и отведение ей участка оперативной памяти. Например, если вне какой-либо функции появляются инструкции

int sp;

double val[20];

то они определяют внешние переменные sp иval, вызывают отведение памяти для них и служат в качестве описания для остальной части этого исходного файла. В то же время строчки:

extern int sp;

extern double val [ ];

описывают в остальной части этого исходного файла переменную spкак int, а vаl как массив типа double, но не создают переменных и не отводят им места в памяти.

Во всех файлах, составляющих исходную программу, должно содержаться только одно определение внешней переменной. Другие файлы могут содержать описание extern для доступа к ней.

Любая инициализация внешней переменной проводится только в декларации. В декларации должны указываться размеры массивов, а в описании extern этого можно не делать.

Например, в основном файле проекта:

int sp = 50; double val [20]; void main() {

...

а в дополнительном файле этого проекта: extern int sp;

extern double val [ ];

...

В Си есть возможность с помощью директивы компилятору #include использовать во всей программе только одну копию описаний extern и присоединять ее к каждому файлу во время его препроцессорной обработки.

Если переменная с таким же идентификатором, как внешняя, декларирована в функции без указания extern, то тем самым она становится внутренней (локальной) для данной функции.

Не стоит злоупотреблять внешними переменными, так как такой стиль программирования приводит к программам, связи данных внутри которых не вполне очевидны. Переменные при этом могут изменяться неожиданным образом. Модификация таких программ вызывает затруднения.

Пример, иллюстрирующий использование внешних данных:

Основной файл проекта Дополнительный файл

…

int x, y;

char str[ ] = “Rezult = ”; void fun1(void);

void fun2(void); void fun3(void);

void main(void)

{

fun1();

fun2();

fun3();

}

void fun1(void) {

y = 15;

printf(“\n %s %d\n”, str, y);

…

extern int x, y; extern char str[ ];

int r = 4;
void fun2(void) {

x = y / 5 + r;

printf(“ %s %d\n”, str, x);

}
void fun3(void) {

int z= x + y;

printf(“ %s %d\n”, str, z);

}

}

В результате выполнения этого проекта, состоящего из двух различных

файлов, будет получено следующее:

Rezult=15

Rezult=7

Rezult=22

4. Областьдействияпеременных

В языке Си нет ключевого слова, указывающего область действия (видимости) объекта. Область действия определяется местоположением декларации объекта в файле исходного текста программы.

Напомним общую структуру исходного текста программы:

<директивы препроцессора>

<описание глобальных объектов>

<заголовок функции>

{

<описание локальных объектов>

<список инструкций>

}

Файл исходного текста может включать любое количество определений функций и/или глобальных данных.

Параметры функции являются локальными объектами и должны отличаться по идентификаторам от используемых в коде функции глобальных объектов.Локальные объекты,описанные в коде функции, имеют приоритет перед объектами, описанными вне функции, например:

#include

int f1(int); int f2(int); int f3(int);

int n; // Глобальная n

void main (void)

{

int i=2; // Локальная i=2

n=3; // Глобальная n=3

i = f1(i); // Обе переменные i– локальные

printf(" 1: i=%d , n=%d\n",i,n); // i=7, n=3

n = f1(i); // n– глобальная, i– локальная

printf(" 2: i=%d , n=%d\n",i,n); // i=7, n=12

i = f2(n); // iи n – локальные

printf(" 3: i=%d , n=%d\n",i,n); // i=15, n=12

i = f3(i); // Обе переменные i– локальные

printf(" 4: i=%d , n=%d\n",i,n); // i=29, n=14

}

//–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

int f1(int i) { // Параметр функции i– локальная

int n = 5; // n– локальная

n+=i; return n;

}

//–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

int f2(int n) { // Параметр функции n– локальная

n+=3;

return n;

}

//–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

int f3(int i) {

n+=2; // n– глобальная

return i+n;

}
Существуют следующие области действия: блок, файл, функция, прототип функции, область структурированных типов данных.

Блок. Идентификаторы, описанные внутри блока, являются локальными. Область действия идентификатора начинается в точке определения и заканчивается в конце блока, видимость – в пределах блока и внутренних блоков, время жизни – до выхода из блока. После выхода из блока память освобождается.

Файл. Идентификаторы, описанные вне любого блока, функции, класса или пространства имен, имеют глобальную видимость и постоянное время жизни и могут использоваться с момента их определения.

Функция. Единственными идентификаторами, имеющими такую область действия, являются метки операторов. В одной функции все метки должны различаться, но могут совпадать с метками других функций.

Прототип функции. Идентификаторы, указанные в списке параметров прототипа (декларации) функции, имеют областью действия только прототип функции.

Структурированныйтипданных. Элементы структур и объединений являются видимыми лишь в их пределах. Они образуются при создании переменной указанного типа и разрушаются при ее уничтожении.

В языке С++ допускается в разных блоках программы использовать один и тот же идентификатор для разных объектов. Декларация такого идентификатора внутри блока скрывает доступ к ранее объявленному, например:

void main(void)

{

int a = 3;

printf(“\n Block 1: %d “, a); { double a = 2.5;

printf( “\n Block 2: %lf “, a); { char a = ‘A’;

printf( “\n Block 3: %c “, a);

}

printf( “\n New Block 2: %lf“, a+1.25);

}

printf( “\n New Block 1: %d“, ++a);

}

Результат программы:

Block1:3

Block2:2.5

Block3:A

NewBlock2:3.75

NewBlock1:4

Советыпопрограммированию

При выполнении вариантов заданий придерживайтесь следующих клю- чевых моментов.

1. 
   Размеры нединамических массивов задаются константами или константными выражениями. Рекомендуется для этого использовать поименованные константы.
   
2. 
   Элементы массивов нумеруются с нуля, максимальный номер
   

(индекс) элемента всегда на единицу меньше указанного размера.

3. 
   Автоматический контроль выхода индексов элементов за указанные границы массива отсутствует.
   
4. 
   Указатель – это переменная, в которой хранится адрес участка оперативной памяти.
   
5. 
   Имя массива является указателем на его нулевой элемент, т.е. на его начало в оперативной памяти.
   
6. 
   Обнуления динамической памяти при ее выделении не происходит. Инициализировать динамический массив нельзя.
   
7. 
   Освобождение памяти, выделенной посредством стандартных функций, выполняется при помощи функции free(при использовании операции new – операцией delete).
   
8. 
   Если количество элементов массива известно заранее, определяйте массив в области декларации переменных (причем лучше как локальный объект). Если же количество элементов массива можно задать во время выполнения программы, лучше создать динамический массив.
   
9. 
   При задании длины строки необходимо учитывать завершающий нуль-символ (признак окончания строки).
   
10. 
    Операция присваивания строк выполняется с помощью функции стандартной библиотеки.
    
11. 
    Для ввода строк, содержащих пробелы, используют функцию gets.
    
12. 
    Программа, написанная с использованием функций, может получиться более быстродействующей, но менее безопасной.
    
13. 
    Недостатком символьных массивов является отсутствие проверки выхода за пределы отведенной им памяти.
    
14. 
    Двухмерный массив хранится по строкам в непрерывной области памяти.
    
15. 
    Первый индекс двухмерного массива трактуется как номер строки таблицы, второй – как номер столбца. Каждый индекс может изменяться от 0 до значения соответствующего размера, уменьшенного на единицу.
    
16. 
    Для выделения динамической памяти под массив, в котором все размеры переменные, используются циклы.
    
17. 
    Функция – это именованная последовательность операторов, выполняющая законченное действие. Функции используют для упрощения структуры программы.
    
18. 
    Вызов функции осуществляется путем указания ее идентификатора
    

(имени) и в случае необходимости – набора аргументов.

19. 
    Передача аргументов в функцию может выполняться по значению или по адресу.
    
20. 
    Массивы всегда передаются в функцию по адресу. Количество элементов в массиве должно передаваться отдельным параметром.
    
21. 
    Рекурсивная функция должна содержать хотя бы одну не рекурсивную ветвь. При использовании рекурсии следует учитывать возникающее при этом использование дополнительной памяти.