Динамические переменные

Все рассмотренные ранее структуры данных являются статическими. Память под переменные выделяется на этапе трансляции, ее объем и распределение не может изменяться во время решения задачи в зависимости от вводимых условий. Исключение составляют файлы. Однако файл не рассматривается как единое целое. Его обработка – это, по сути дела, обработка отдельных компонентов. Здесь постоянно может требоваться «подкачка» компонент в буферную область оперативной памяти. Работа с компонентами файла – очень медленная операция с точки зрения процессора.

Все предыдущие структуры объединяет следующее. К переменной любого типа можно обратиться с помощью имени: указывается или просто имя, или имя с индексами, или составное имя и т.д. Любой объект может быть явно обозначен, для его хранения выделяются конкретные ячейки памяти еще до выполнения программы, которые связываются с его именем. Транслятор может обработать и проконтролировать все статические переменные без выполнения программы, на основании лишь ее статического текста.

В языке Паскаль, как практически во всех современных языках высокого уровня, есть переменные, которые создаются и уничтожаются в процессе выполнения программы. Они не входят в явные описания программы и, следовательно, к ним нельзя обращаться с помощью имен. Память для них выделяется только динамически в ходе работы программы.

Доступ к динамическим переменным осуществляется с помощью указателей (или ссылок), которые становятся определенными после создания динамического объекта.

Динамические переменные очень широко используется в программировании, более того, современные операционные системы имеют функции поддержки динамических областей памяти.

Динамические переменные используются при заранее неизвестном количестве элементов обрабатываемой информации: строк текста, таблиц, больших матриц данных и т.п. Естественно, можно было бы использовать и другие структуры данных, например массивы, но память тогда будет использоваться неэкономно и, самое важное, придется указывать максимальные размеры данных, что крайне нежелательно. Более того, существуют ситуации, когда без динамических переменных просто не обойтись.

1. В IBM-совместимых компьютерах используется сегментная организация памяти. Для 16-разрядных ОС, которой является и MS-DOS, максимальный размер сегмента данных не может превышать 64 Кбайт. Поэтому, если общее количество описанных статических переменных выходит за эту границу, возникает сообщение об ошибке «Выход за пределы памяти». Динамические переменные могут находиться в разных сегментах, поэтому их размер ограничен только размером оперативной памяти. Начиная с Delphi 2.0 (предназначенной для работы в Windows 95 OCR2, – 32-разрядной операционной системы, и выше) это ограничение снимается. Но здесь широко используются объекты, которые и являются динамическими.

2. Если в программе используются буфера памяти для временного хранения данных заранее неизвестного размера, обычно хранящихся в файлах. Это относится, например, к созданию текстовых редакторов.

3. Если в программе используются структуры данных, по своей природе являющиеся динамическими, или наиболее просто описываемые с помощью динамических структур. Например, используются объекты, связанные списки или деревья.

Указатели

Тип указателя сам по себе не является динамической структурой данных, часто его называют ссылочным типом. Это обычное четырехбайтное число, содержащее адрес, с которого начинается динамическая переменная. Адрес в архитектуре процессоров фирмы Intel – два целых беззнаковых числа, определяющие номер сегмента памяти и смещение внутри этого сегмента. Указатели используются для установления отношений или связей между динамическими структурами данных. Эти связи могут быть весьма сложными.

Обозначим динамическую структуру, называемую узлом, как:

При наличии одного указателя, показывающего на следующие данные, структура называется списком (в математике это является связанным списком). В общем случае в узле может содержаться несколько указателей, тогда структуру называют деревом (от генеалогического дерева). Список же является вырожденным деревом. Кроме того, на каждый узел может указывать произвольное число указателей.

В стандартном языке Паскаль указатели должны ссылаться на однотипные элементы данных, то есть являются типизированными. Существует специальное значение указателя NIL (пустой указатель), принадлежащее всем типам указателей. В этом случае указатель не указывает ни на какой элемент. Это значение применяется для обозначения конца списка или ветви дерева (по аналогии в функцией EOF).

Пример общего случая использования динамической структуры: ввод данных, располагаемых в порядке возрастания: 50, 40, 10, 20, 30.

Описание указателей:

Туре <имя_указателя>=^<базовый_тип>

Например:

Var z:^real;

Type poin=^T;

T=Record

str:string;

pnt:poin;

end;

Var p,q:Poin;

Здесь p и q – указатели на переменную типа Т (запись), чтобы обратиться к самой переменной, записывается p^, q^ (см. далее).

Замечание 1. Правило языка Паскаль: имя любого типа сначала должно быть определено, и лишь затем использовано. Единственное исключение – при определении ссылочного типа можно использовать имя типа, который определяется далее в тексте программы.

Замечание 2. В программах, использующих указатели, обычно нельзя обойтись без раздела описания типов, поскольку при определении ссылочного типа должно использоваться имя базового типа, как правило сложного, например записи.

Если необходимы указатели на различные типы элементов, то должны быть и различные типы указателей, то есть каждый указатель может ссылаться только на элементы своего типа.

Для того чтобы присвоить переменной ссылочного типа определенное значение, необходимо воспользоваться операцией взятия адреса (указателя), – символа амперсанд «@» и переменной базового типа, например:

z:=@x;

Ссылочные типы можно образовывать от любых других типов, поэтому допустимо определение вида «указатель на указатель». Например, фрагмент программы:

Type p1=^integer;

Var pp1:^p1;

i:integer;

Begin

p1:=@i;

pp1:=@p1;

приводит к следующим связям:

Над значениями ссылочных типов допускаются только две операции сравнения на равенство и неравенство. Они проверяют, ссылаются ли два указателя на одно и то же место в памяти, или нет, например:

Sign:=P1=P2;

If P1<>nil then ...