Олег Деревенец - Песни о Паскале

Распределением памяти под программы заведует операционная система. По мере запуска тех или иных приложений, система «расселяет» их в свободных областях памяти, а по завершении – «выселяет», освобождая память для других целей. Этот механизм именуется динамическим распределением памяти.

Не применяйте слов, смысла которых не знаете. Что значит «динамический»? «Динамо» – греческое слово и означает силу, мощь. Оттого и полюбилось спортивным клубам, но к нашей теме это толкование не подходит. Сила порождает движение, потому «динамический» стали употреблять в смысле «подвижный», «быстрый». А программисты придали этому слову ещё один оттенок: «изменчивый», «непостоянный», разумея под этим изменчивое размещение в памяти данных и программ, — так будем понимать это слово и мы.

Обратимся к правой части рис. 115, где упрощенно показано распределение памяти внутри одной программы. Эта память делится на три части или секции (Section – «отделение»). Одна из них вмещает исполняемый код, то есть процедуры, функции и главную программу. Другая – секция данных – отведена для глобальных переменных, а третья – так называемый стек – для параметров процедур и локальных переменных. Сейчас надо усвоить лишь две простые вещи, а именно:

• все секции программы (как и программа в целом) имеют фиксированные, то есть постоянные размеры, определяемые при компиляции программы;

• все объекты программы – процедуры, функции, переменные – обладают своими «личными» адресами в оперативной памяти; эти адреса определяются при загрузке программы, и потому могут изменяться от одной загрузки к другой.

Рассмотрим пример. Пусть в программе объявлены четыре переменные.

var B : Boolean; C : char; I : integer; S : string;

После загрузки программы в оперативную память они «расселятся» в соседних ячейках памяти, начиная с некоторого начального адреса N так, как показано на рис. 116.

Первые ячейки этого участка памяти займут однобайтовые переменные булевого и символьного типа. В следующих двух байтах поселится целое число, а далее – в 256 байтах – строковая переменная. Подобная картина наблюдается и при размещении структурных переменных – записей; их поля занимают соседние ячейки. И хотя начальный адрес участка N может изменяться от загрузки к загрузке (его определяет операционная система), относительное размещение переменных в памяти остается тем же.

Отныне мы приступаем к освоению средств языка для работы с памятью. Овладев ими, вы откроете себе новые горизонты!

Начнем с нового для нас типа данных – указателя (по-английски – POINTER). Указатели могут хранить адреса переменных, процедур и функций. Нам интересны, прежде всего, указатели на переменные, рассмотрим пример обращения с таким указателем.

var P : ^integer; { указатель на целое }

N : integer; { целое }

begin

P:= @N; { указателю назначается адрес переменной N }

P^:= 125; { переменной присваивается значение через указатель }

Writeln(N); { 125 }

end.

В первой строчке объявлен указатель P. Это сделано специальным значком – стрелка вверх «^», – эта стрелка ставится перед именем типа, с которым будет работать указатель. В данном случае указатель P предназначен для хранения адресов переменных типа INTEGER.

Первый из исполняемых операторов

P:= @N;

заносит в указатель P адрес переменной N. С этого момента указатель P ссылается на то место в памяти, где «живет» переменная N. Обратите внимание на «почтовую собачку» перед N – это операция взятия адреса. То же самое можно сделать функцией взятия адреса.

P:= Addr(N);

Следующий далее оператор программы

P^:= 125;

присвоит переменной N значение 125. Из чего это следует? Ведь переменной N в этом операторе нет! Все дело в стрелочке «^», стоящей после указателя P, теперь она играет другую роль. Добавление стрелочки за указателем ведет к тому, что число 125 попадает в область памяти, на которую ссылается указатель P, то есть по месту жительства переменной N.

Таким образом, стрелочка за указателем – это операция разыменования, которая противоположна операции взятия адреса, она превращает указатель в переменную, на которую он ссылается. Поэтому следующие два оператора дают одинаковый результат.

Writeln(100+P^); { 225 }

Writeln(100+N); { 225 }

Введите рассмотренный пример в компьютер и проверьте его в действии.

Сколько типов данных способен придумать программист? Не сосчитать! И для каждого из них можно объявить свой тип указателя, например:

var PI : ^integer; { указатель на целое }

PC : ^Char; { указатель на символ }

PS : ^String; { указатель на строку }

Памятуя о нашей договоренности объявлять типы в секции TYPE, сделаем это для упомянутых типов-указателей.

type PInt = ^Integer; { тип указателя на целое }

PChar = ^Char; { тип указателя на символ }

PString = ^String; { тип указателя на строку }

Как всегда, имя объявляемого типа выбираем по вкусу. Здесь лучше придерживаться традиций, а они рекомендуют начинать названия типов-указателей с буквы «P» (от Pointer – «указатель»).

Объявив тип, можно объявить затем переменные этого типа, например:

var p1, p2 : PInt; { два указателя на целое }

p3 : PChar; { указатель на символ }

Я сказал, что указатель содержит адрес переменной, стало быть, это число? Да, но не совсем обычное. Нас интересует не само это число, а лишь то, на что оно указывает.

Если нужны несколько указателей на одну и ту же переменную, указатели копируют, например:

P1 := @X1; { В указатель P1 заносится адрес переменной X1 }

P2 := P1; { Оба указателя содержат адрес переменной X1 }

Теперь оба указателя ссылаются на переменную X1 (хотя сам по себе адрес переменной X1 нас не интересует). Но копировать можно лишь указатели одного типа, – за этим соответствием следит компилятор.

А на что ссылается указатель, которому не присвоено значение? Как любая неинициализированная переменная, он содержит мусор и указывает «пальцем в небо». Для пометки временно не используемого указателя ему присваивают специальное значение NIL. Это зарезервированное слово языка – подобие нуля для чисел. Значение NIL можно присвоить указателю любого типа, например: