А. Григорьев - О чём не пишут в книгах по Delphi

При работе с PCharпрограммист целиком и полностью отвечает за выделение памяти для строки и за ее освобождение. Именно это и служит основным источником ошибок у новичков: они пытаются работать с такими строками так же, как и с AnsiString, надеясь, что операции с памятью будут выполнены автоматически. Это очень грубая ошибка, способная привести к самым непредсказуемым последствиям.

Хотя программист имеет полную свободу выбора в том, как именно выделять и освобождать память для нуль-терминированных строк, в большинстве случаев самыми удобными оказываются специально предназначенные для этого функции StrNew, StrDisposeи т.п. Их преимущество заключается в том, что менеджер памяти выделяет чуть больше места, чем требуется для хранения строки, и в эту дополнительную память записывается, сколько байтов было выделено. Благодаря этому функция StrDisposeудаляет ровно столько памяти, сколько было выделено, даже если в середину выделенного блока был записан символ #0, уменьшающий длину строки.

Компилятор также позволяет рассматривать статические массивы типа Char, начинающиеся с нулевого индекса, как нуль-терминированные строки. Такие массивы совместимы с типом PChar, что позволяет обойтись без использования динамической памяти при работе со строками.

Тип AnsiStringобъединяет достоинства типов ShortStringи PChar: строки имеют фактически неограниченную длину, заботиться о выделении памяти для них не нужно, в их конец автоматически добавляется символ #0, что делает их совместимыми с системными строками (впрочем, эта совместимость не абсолютная; как и когда можно использовать AnsiStringв функциях API, мы рассматривали в разд. 1.1.13. ).

Переменная типа AnsiString— это указатель на первый символ строки, как и в случае PChar. Разница в том, что перед этой строкой в память записывается дополнительная информация: длина строки и счетчик ссылок. Это позволяет компилятору генерировать код, автоматически выделяющий, перераспределявший и освобождающий память, выделяемую для строки. Работа с памятью происходит совершенно прозрачно для программиста, в большинстве случаев со строками AnsiStringможно работать, вообще не задумываясь об их внутреннем устройстве. Символы в таких строках нумеруются с единицы, чтобы облегчить перенос старых программ, использовавших строки типа ShortString.

Счетчик ссылок позволяет реализовать то, что называется copy-on-demand, копирование по необходимости. Если у нас есть две переменные S1, S2типа AnsiString, присваивание вида S1 := S2не приводит к копированию всей строки. Вместо этого в указатель S1копируется значение указателя S2, а счетчик ссылок строки увеличивается на единицу. В дальнейшем, если одну из этих строк потребуется модифицировать, она сначала будет скопирована (а счетчик ссылок оригинала, естественно, уменьшен) и только потом изменена, чтобы это не затрагивало остальные переменные.

Далее мы рассмотрим, какие проблемы могут возникнуть при использовании строк разного вида.

Литералами называются значения, записываемые в программе буквально. В частности, строковые литералы в Delphi — это последовательности символов, заключенных в кавычки или записанных в виде ANSI-кодов с использованием префикса #.

Когда в программе встречается строковый литерал, компилятор должен поместить его в какую-либо область памяти, чтобы это значение стало доступным программе. Компилятор Delphi размещает строковые литералы в сегменте кода, в участках, управление которым никогда не передается. В данном разделе мы рассмотрим, к каким последствиям это может привести.

Положим на форму пять кнопок и напишем следующие обработчики для нажатия на них (листинг 3.17, пример Constants на компакт-диске).

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

P: PChar;

begin

P := 'Xest';

P[0] := 'T'; { * }

Label1.Caption := P;

end;

procedure TForm1.Buttom2Click(Sender: TObject);

var

S: string;

P: PChar;

begin

S:= 'Xest';

P := PChar(S);

P[0] := 'T'; { * }

Label1.Caption := P;

end;

procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

var

S: string;

begin

S := 'Xest';

S[1] := 'T';

Label1.Caption := S;

end;

procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);

var

S: ShortString;

begin

S := 'Xest';

S[1] := 'T';

Label1.Caption := S;

end;

procedure TForm1.Button5Click(Sender: TObject);

var

S: ShortString;

P: PChar;

begin

S := 'Xest';

P := @S[1];

P[0] := 'T';

Label1.Caption := P;

end;

В этом примере только нажатие на третью и четвертую кнопку приводит к появлению надписи Test. Первые два обработчика вызывают исключение Access violation в строках, отмеченных звездочками, а при нажатии пятой кнопки программа обычно работает без исключении (хотя в некоторых случаях оно все же может возникнуть), но к слову "Test" добавляется какой-то мусор. Разберемся, почему так происходит.

Встретив в первом обработчике литерал 'Xest'и определив, что он относится к типу PChar, компилятор выделяет в подходящей области сегмента кода пять байтов (четыре значащих символа и один завершающий ноль), а в указатель Pзаносится адрес этого литерала. Сегмент кода доступен только для чтения, прав на его изменение система программе в целях безопасности не дает, поэтому попытка изменить то, что находится в этом сегменте, приводит к закономерному результату — выдаче сообщения "Access violation".

В обработчике второй кнопки происходит почти то же самое, с той лишь разницей. что для литерала выделяется на восемь байтов больше: т.к. в данном случае литерал имеет тип AnsiString, ему нужны еще 4 байта для хранения длины и 4 — для счетчика ссылок. В переменную Sзаписывается указатель на этот литерал. Приводя эту переменную к типу PChar, мы, по сути, просто копируем этот указатель в переменную P, а дальше происходит то же самое — попытка изменить страницу памяти, доступную программе только для чтения с тем же самым результатом.

В третьем случае литерал, как и раньше, размещается в сегменте кода. Счетчик ссылок у таких литералов всегда равен -1 — это значение указывает менеджеру памяти, что это константа, которая не может быть изменена и память для которой не нужно освобождать. Поэтому при любой попытке изменить переменную, которой присвоен литерал, срабатывает механизм копирования по необходимости: для строки выделяется место в динамической памяти, затем значение литерала копируется в эту область, обновляется значение указателя S, а затем выполняется изменение копии, находящейся в динамической памяти. Так как эта память доступна и для чтения, и для записи, исключение не возникает, и все работает так, как и было задумано.