- Mapa de memória de um processo - Ponteiros

Transcrição

1 1 MCTA028 Programação Estruturada - Mapa de memória de um processo - Ponteiros Material preparado a partir de slides dos profs. Jesús Mena-Chalco e Fabrício Olivetti Luiz Rozante 3Q-2018

2 2 Alocação de memória Na execução, um programa é um processo. (processos de SOs são módulos executáveis únicos) Um processo ocupa parte da memória principal, reservada para: instruções, dados, pilha, heap O espaço de endereços de um processo em execução é dividido nessas 4 áreas (as mais importantes)

3 3 Alocação de memória Modelo geral de organização da memória:

4 4 Alocação de memória Text area: contém o código do programa e suas constantes. Esta área é alocada durante a chamada exec e permanece do mesmo tamanho durante toda a vida do processo. Data area: é a memória de trabalho do processo, onde ele armazena suas variáveis globais e estáticas. Tem tamanho fixo ao longo da execução do processo. Stack area: contém a pilha de execução, onde são armazenadas os parâmetros, endereços de retorno e variáveis locais de funções. Pode variar de tamanho durante a execução do processo. Heap area: contém áreas de memória alocadas a pedido do processo, durante sua execução. Varia de tamanho durante a vida do processo.

5 5 Alocação de memória Um processo C suporta três tipos de alocação de memória:: A alocação estática ocorre quando são declaradas variáveis globais ou estáticas; geralmente usa a área Data. A alocação automática ocorre quando são declaradas variáveis locais e parâmetros de funções. O espaço para a alocação dessas variáveis é reservado quando a função é invocada, e liberado quando a função termina. Geralmente é usada a pilha (stack). A alocação dinâmica, quando o processo requisita explicitamente um bloco de memória para armazenar dados; o controle das áreas alocadas dinamicamente é manual ou semi-automático: o programador é responsável por liberar as áreas alocadas dinamicamente. A alocação dinâmica geralmente usa a área de heap.

6 6 Alocação estática Ocorre com variáveis globais (alocadas fora de funções). Ocorre quando variáveis locais (internas a uma função) são alocadas usando o modificador static. Uma variável alocada estaticamente mantém seu valor durante toda a vida do programa, exceto quando explicitamente modificada.

7 7 Alocação automática As variáveis definidas dentro de uma função (variáveis locais e parâmetros) são alocadas de forma automática na pilha de execução do programa (stack) a cada chamada da função. São descartadas quando a função encerra. Pilha de execução geralmente é uma área pequena. (problema para variáveis locais muito grande e funções recurcivas)

8 Alocação dinâmica O programa (processo) solicita explicitamente áreas de memória ao SO. Depois de utilizá-las as libera quando não são mais necessárias. - depois de liberado, espaço estará disponibilizado para outros usos e não pode mais ser acessado - espaço alocado e não liberado explicitamente, será automaticamente liberado ao final da execução As requisições de memória dinâmica são geralmente alocadas na área heap. (área heap é maior do que a área da pilha) 8

9 9 Quando temos variáveis locais muito grande ou muitas chamadas recursivas Fenômeno: Stack Overflow Processo na memória INSTRUÇÕES PILHA (STACK) HEAP

10 10 Como resolver? Processo na memória INSTRUÇÕES PILHA (STACK) HEAP Em Java e Python o uso é transparente. Não precisa se preocupar de alocar e liberar memória

11 Endereços e ponteiros (ferramentas para fazer alocação dinâmica) (*) Fonte: P. Feofiloff. Algoritmos em Linguagem C. 1ª Edição, Editora Campos,

12 Endereços e ponteiros Os conceitos de endereço e ponteiro são fundamentais em qualquer linguagem de programação. Na linguagem C é mais visível este conceito. Requer um esforço para usar os ponteiros. (*) Fonte: P. Feofiloff. Algoritmos em Linguagem C. 1ª Edição, Editora Campos,

13 Endereços A memória de qualquer computador (arquitetura de von Neumann) é uma sequência de bytes. Cada byte armazena um de 256 possíveis valores Os bytes são numerados sequencialmente e o número de um byte é o seu endereço (*) Fonte: 13

14 14 Endereços Cada objeto na memória do computador tem um endereço.

15 15 Endereços 37FD00 37FD01 37FD02 37FD Geralmente o endereço do objeto é o endereço do 1ro byte.

16 16 Endereços e ponteiros Em C o endereço de um objeto é dado pelo operador & Se x é uma variável, então &x é o seu endereço int s = -999 s x89422

17 Endereços e ponteiros Em c o endereço de um objeto é dado pelo operador & Se x é uma variável, então &x é o seu endereço int s = int *p = &s //(ou int *p; p=&s;) p 0x x60001 s x89422 p aponta para a s p é o endereço de s p aponta a s p = 0x89422 &p = 0x60001 *p = *p é o mesmo que escrever s (*p=``conteúdo apontado por p ) 17

18 18 Endereços e ponteiros 4 8 Os ponteiros são variáveis de 2 a 8 bytes (dependendo do computador) que armazenam um endereço de memória.

19 19 Endereços Todo ponteiro pode ter o valor NULL. NULL é uma constante, geralmente vale 0 (definida no arquivo interface stdlib) int *p = NULL; /* não aponta o dedo pra ninguém */ p 0x x564320

20 Endereços Há vários tipos de ponteiros: P. para caracteres P. para inteiros P. para registros P. para ponteiros para inteiros int* p ; int *p; Um tipo de dado novo int* (conceitualmente correto) O * modifica a variável e não o int (mais aceito) int * p; O compilador C aceita qualquer das formas. 20

21 21 exemploponteiro1.c Operadores unarios & Referência: na frente de uma variável: Devolve o endereço de memória onde a variável está armazenada * Derreferência: na frente de variável ou expressão: Devolve o valor ou conteúdo do endereço de memória apontada pela variável ou expressão

22 22 exemploponteiro2.c Conteúdo apontado pelo endereço de i

23 23 exemploponteiro3.c Passagem de parâmetros por valor:

24 24 exemploponteiro3.c Passagem de parâmetros por referência:

25 25 exemploponteiro3.c Por que o código abaixo está errado?

26 26 exemploponteiro3.c Por que o código abaixo está errado? Porque temp é um ponteiro para o qual não foi atribuído um endereço que conhecemos : ele contém um endereço de memória que não pertence a nenhuma das variáveis que criamos.

27 Vetores e endereços 27

28 28 Vetores Os elementos de um vetor são alocados consecutivamente na memória do computador. Se cada elemento ocupa b bytes, a diferença entre os endereços de dois elementos consecutivos será de b. (ex. inteiros ocupam 4 bytes, em uma plataforma de 64 bits)

29 29 Vetores Os elementos de um vetor são alocados consecutivamente na memória do computador. Se cada elemento ocupa b bytes, a diferença entre os endereços de dois elementos consecutivos será de b. O compilador C cria a ilusão de que b vale 1 qualquer que seja o tipo dos elementos do vetor.

30 Vetores e ponteiros 30

31 31 Vetores e ponteiros... vetor...

32 32 Vetores e ponteiros Vetor + 1; /* avança sizeof(int) bytes na memória */

33 Alocação dinâmica malloc aloca um bloco de bytes consecutivos na memória heap (void *) malloc( size ); size: tamanho (número de bytes a alocar) void * : endereço devolvido por malloc void * : ponteiro do tipo void é utilizado para referenciar um tipo genérico, que pode ser transformado em qualquer outro tipo. 33

34 Alocação dinâmica 34

35 Alocação dinâmica 35

36 Alocação dinâmica 36

37 37 Alocação dinâmica Ideia V+i*sizeof(int)

38 Alocação dinâmica 38

39 39 A função malloc não assegura que o espaço de memória foi realmente alocado, por isso é importante verificar se o ponteiro é diferente de NULL antes usá-lo! Quando não for possível Separar memoria suficiente Um ponteiro NULO é devolvido

40 Quando não for possível Separar memoria suficiente Um ponteiro nulo é devolvido A diferença de ponteiros Devolve um long e é permitida se os dois forem do Mesmo tipo 40

41 41 Alocação dinâmica uma vez alocado o espaço, não existe garantias do valor inicial dos elementos da array!!

42 42 Os ponteiros facilitam a alocação dinâmica de memória Após o uso e antes de terminar o programa, devemos liberar a memória para que ela seja utilizada por outros processos ou programas.

43 Matrizes Material adaptado da aula de Matrizes de Ronaldo F. Hashimoto e Carlos H. Morimoto (IME/USP) 43

44 Declara uma matriz M de 100 linhas com 200 colunas (20mil inteiros) A memória do computador é linear! 44

45 Estrutura da matriz na memória do computador 45

46 46 Disposição dos 20mil elementos da matriz M na memória Qual o endereço de M[0][78]? (tendo como base M[0][0])

47 47 Disposição dos 20mil elementos da matriz M na memória Qual o endereço de M[0][78]? (tendo como base M[0][0]) &M[0][0]+78

48 48 Disposição dos 20mil elementos da matriz M na memória Qual o endereço de M[78][21]? (tendo como base M[0][0])

49 49 Disposição dos 20mil elementos da matriz M na memória Qual o endereço de M[78][21]? (tendo como base M[0][0]) &M[0][0] + (78*200+21)

50 50 Índices Na linguagem C não existe verificação de índices fora da matriz/vetor. Quem deve controlar o uso correto dos índices é o programador. O acesso utilizando um índice errado pode ocasionar o acesso de outra variável na memória. Se o acesso à memória é indevido você recebe a mensagem segmentation fault.

51 Matrizes 51

52 Matrizes 52

53 53

54 54 Matrizes A alocação dinâmica de memória para matrizes é realizada da mesma forma que para vetores. A diferença é que temos um ponteiro apontando para outro ponteiro que aponta para o valor final. Ou seja é um ponteiro para ponteiro (indireção múltipla). A indireção múltipla pode ser levada a qualquer dimensão desejada, mas raramente é necessário mais de um ponteiro para um ponteiro.

55 55 Matrizes A estrutura de dados utilizada é composta por um vetor de ponteiros (correspondendo ao primeiro índice da matriz), sendo que cada ponteiro aponta para o início de uma linha da matriz. Em cada linha existe um vetor alocado dinamicamente, como descrito anteriormente (compondo o segundo índice da matriz).

56 56 Matrizes Matrizes (bidimensionais) são implementadas como vetores de vetores. Exemplo de trecho de código para alocar uma matriz M com m linhas e n colunas:

57 Atividade em aula 57

58 58 Questão 1 - a Escreva o resultado da execução do seguinte programa

59 59 Questão 1 - b Escreva o resultado da execução do seguinte programa

60 Questão 1 - c 60

61 61 Função com matriz como parâmetro O nome de uma matriz dentro do parâmetro de uma função é utilizado como sendo um ponteiro para o primeiro elemento da matriz que está sendo usada na hora de utilizar a função. Não é alocada memória (novamente) para um vetor passado por parâmetro para uma função.

62 Questão 2 Escreva um programa que leia um número inteiro positivo n seguido de n números inteiros e imprima esses n números em ordem invertida. Por exemplo, ao receber o seu programa deve imprimir Seu programa não deve impor limitações sobre o valor de n Seu programa não deve usar colchetes. 62

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