sesión 07: manejo dinámico de memoria 1. 2009/1 circuitos digitales iii 2010/1 circuitos digitales...

1

Informática IISesión 07: Manejo Dinámico de Memoria

2009/1Circuitos Digitales III 2010/1Circuitos Digitales III 2010/1Circuitos Digitales IIICircuitos Digitales III 2010/1Informática I Universidad de Antioquia

ContenidoContenido

2

Apuntadores1

Zonas de Memoria2

Manejo Dinámico de Memoria3

Referencias4


La declaración de una variable involucra necesariamente 4 cosas: 1000

1001

1002

1003

1004

1005

1000

1001

1002

y

1003

1004

1005

int y;

int y=25;

int z=77; 77

1000

1001

1002

y

1003

1004

z

1005

1. El nombre, 2. El tipo de Datos, 3. Su valor y …4. Su Dirección en memoria.

25

Direcciones de MemoriaDirecciones de Memoria


Utilizando variables punteros un programa puede realizar muchas tareas que no sería posible solo utilizando tipos de datos estándar.

Las variables vistas hasta este momento contienen valores cualquiera de datos cualquiera, por el contrario los apuntadores contienen valores que son direcciones de memoria donde se almacenan otras variables.

ApuntadoresApuntadores


Cuando se declara una variable en C, el compilador establece un área de memoria para almacenar el contenido de la variable. Esa variable se sitúa en una posición específica de la memoria, conocida como dirección de memoria.

Un puntero en C es una Variable que SOLO guarda la dirección de memoria de otra variable.

Se utilizan los apuntadores para optimizar el acceso a esas variables.

1000

1001

1002

1003

1004

1005

1000

1001

1002

y

1003

1004

1005

2525

77

1000

1001

1002

y

1003

1004

z

1005

int y=25;

int z=77;

ApuntadoresApuntadores


ApuntadoresApuntadores Es un tipo de variable implementada para

almacenar exclusivamente direcciones de otras variables, estos se debe declarar y definir de acuerdo al tipo de dato que apunta.

6


ApuntadoresApuntadores Algunas características de los apuntadores:

Los apuntadores siempre deben inicializarse Aquellos apuntadores que son inicializados con una

valor igual a cero (0), se denominan apuntadores NULL.

Aquellos punteros que no sean inicializados a ningún valor se denominan “wild pointer”, y son extremadamente peligrosos pues pueden estar apuntando a cualquier cosa.


“Dangling pointer”

Un objeto apuntado se suprime sin modificar el

puntero

Si se reasigna ese espacio libre en memoria, el puntero

referenciará la nueva variable.

“Wild pointer”

Se crea un puntero y se usa antes de la inicialización

El puntero puede estar apuntado a cualquier

posición desconocida de memoria

8

Generan corrupción de datos y posiblemente fallos de segmentación.

Violación de seguridad de la memoriaViolación de seguridad de la memoria


¿Para que se usan los Apuntadores?¿Para que se usan los Apuntadores?

El uso de los apuntadores es utilizado para múltiples funciones, tales como: Acceder de manera indirecta a una variable, se accede

por medio de su dirección. El utilizar punteros como “valor de retorno” permite

superar la limitación de las funciones de devolver un único valor.

Acceder a los atributos y métodos de un objeto. Gestionar datos en memoria. Manipular datos en el Free store (Heap).


Como cualquier variable, las variables punteros han de ser declaradas antes de utilizarlas. Se utiliza asterisco (*) para indicar que la variable es variable apuntador.

SIEMPRE que aparezca un asterisco ( * ) en una declaración de una variable, ésta es una variable apuntador.

tipoDatoApuntado *nombreVbleApuntador;

Ejemplos:int *ptr1; // Puntero a un tipo de dato entero (int)

float *f; // Puntero a un tipo de dato float

char *ptr2; // Puntero a un tipo de dato char

Declaración de ApuntadoresDeclaración de Apuntadores


Declaración de ApuntadoresDeclaración de Apuntadores Nota:

Se utiliza la palabra reservada void en la declaración de apuntadores, cuando se quiere que el puntero pueda apuntar a cualquier tipo de variables, int , char, float,….


int i; /* Define una variable i */int *ptr = &i; /* Define un puntero a un entero ptr y

almacena dirección de i */

……..

5022

5020

5021

5022

i5023

5024

ptr

MAPA DE MEMORIA ?????

Inicialización de ApuntadoresInicialización de Apuntadores


Operadores Vistos

&**

Obtiene la dirección de una variable. Define una variable como puntero (DECLARACIÓN).Accede el contenido de una variable puntero (PROCEDIMIENTO).

C++ requiere que las variables puntero direccionen realmente variables del mismo tipo de dato que está ligado a los punteros en sus declaraciones.

OperadoresOperadores


Se puede acceder al valor de una variable apuntada utilizando el nombre del apuntador.

….

5020

5021

5022

i

5024

var1

ptr

//Ejemplovoid main(void) { int var1; int i=3; int *ptr; ptr = &i; var1=*ptr; var1++; *ptr=var1; }

En el procedimiento del algoritmo simplemente se le antepone "*" al nombre del apuntador y se accede al valor de la variable de una forma común y corriente

IndirecciónIndirección

2009/1Circuitos Digitales III 2010/1Circuitos Digitales III 2010/1Circuitos Digitales IIICircuitos Digitales III 2010/1Informática I Universidad de Antioquia15

APUNTADORES A FUNCIONESPrototipo: int funcionApunt(int *ptr1, int *ptr2);

Definición: int funcionApunt(int *ptr1, int *ptr2){ *ptr1=*ptr2; cot<< *ptr1; return *ptr1 + *ptr2;

}

Llamado a la función: void main(void){ int *ptr1, *ptr2,a,var1,var2; ….. a=funcionApunt(&var1,&var2); a=funcionApunt(ptr1,ptr2); }

Utilizando ApuntadoresUtilizando Apuntadores


Apuntadores y POOApuntadores y POO En la programación Orientada a Objetos, los

apuntadores trabajan con los objetos como variables normales, es decir, el puntero se carga con la dirección del objeto correspondiente.

Ahora para acceder a los miembros del objeto tendríamos lo siguiente;

(* apuntadorObjeto).miembro

apuntadorObjeto -> miembro


El Puntero “this”El Puntero “this” Todas las clases tienen un puntero escondido

denominado “this”, el cual apunta sobre la dirección del objeto en cuestión.

No hay necesidad de preocuparse de la creación ni el borrado de este puntero, pues el compilador se encarga de esto.

17


Puntero thisPuntero this

class myCicla{private: int color;

public: myCicla(); void setColor(int _color);

int getColor();~myCicla();

};

void myCicla::setColor(int _color){color=_color;

}

void myCicla::setColor(int _color){this->color=_color;

}

18


Puntero thisPuntero this

19

Qué pasa si un método de una clase necesita como argumento un objeto de la misma clase?

R/ ejemplo Complejos


Resumen de apuntadoresResumen de apuntadoresExpresión Lectura

*x Apuntado por x

&x Dirección de x

x.y Miembro y del objeto x

x->y Miembro y del objeto apuntado por x

(*x).y Miembro y del objeto apuntado por x

x[0] Primer objeto apuntado por x

x[1] Segundo objeto apuntado por x

x[n+1] Objeto (n+1) apuntado por x

20


Pasando punteros constPasando punteros const

Cuando se pasa un puntero de un objeto como parámetro de una función, ocurre el riesgo de

modificar la variable y sus métodos.

Para evitar este inconveniente se pueden usar punteros a objetos constantes, con el cual sólo se

podrá usar los métodos constantes, protegiendo sus miembros.

21


Uso de punteros constantesUso de punteros constantes

const int * pUno; // El valor al que apunta pUno //no puede ser modificado

int * const pDos; // El valor de dirección no

// puede ser modificada

const int * const pTres;

// ni el valor de la dirección, ni el valor al que apunta pTres puede ser modificado

22


Ejemplo punteros constantesEjemplo punteros constantesclass myCicla3{private:

int color;public:

myCicla3();void setColor(int _color);

int getColor() const;~myCicla3();

};

23

const myCicla3 mybike;const myCicla3 *ptr_mybike=&mybike;int color;

int main(){ptr_mybike->setColor(4); //error compiladorcolor=ptr_mybike->getColor();cout<<"el color es:"<<color<<endl;

}

myCicla3::myCicla3(){color=0;

}

myCicla3::~myCicla3(){}

int myCicla3::getColor() const{return color;

}

void myCicla3::setColor(int _color){color=_color;

}


ContenidoContenido

24

Apuntadores1

Zonas de Memoria2


Referencias4


Modo de almacenamientoModo de almacenamiento El modo de almacenamiento (storage class) es otra característica de las variables de C++ que determina cuándo se crea una variable, cuándo deja de existir y desde dónde se puede acceder a ella.

25

•Es creada al comenzar a ejecutarse un bloque de código y deja de existir cuando el bloque se termina de ejecutar. (Por defecto)

auto

•Estas variables existen durante toda la ejecución del programa. Una variable extern es definida o creada el momento en el que se le reserva memoria.•permiten transmitir valores entre distintas funciones y ficheros

extern

•static se declaran dentro de un bloque como las auto, pero permanecen en memoria durante toda la ejecución del programa como las extern. La inicialización sólo se realiza la primera vez.

static

•Este modo es una recomendación para el compilador, con objeto de que si es posible ciertas variables sean almacenadas en los registros de la CPU y los cálculos con ellas sean más rápidos.

register


Espacios de memoriaEspacios de memoria

26

Segmento de código

Memoria estática

Free store (Heap)

Espacio Libre

Stack (Pila)

Reservada antes de la ejecución del programa

Permanece fija.No requiere gestión

durante la ejecución.El sistema operativo se

encarga de la reserva, recuperación y reutilización.

Se accede a un espacio en esta cada vez que se declaran Variables globales o tipo static.

Es una zona de memoria que gestiona las llamadas a funciones durante la ejecución de un programa.

Cada vez que se realiza una llamada a una función en el programa, se crea un entorno de programa que se libera cuando acaba su ejecución.

La reserva y liberación de la memoria la realiza el S.O. de forma automática durante la ejecución del programa.

Es una zona de memoria donde se reservan y se liberan “trozos” durante la ejecución de los programas según sus propias necesidades, este proceso es usualmente llamado gestión de memoria dinámica.

Optimiza el almacenamiento de datos.


StackStack Es un área muy importante manejada

automaticamente para alojar datos durante la ejecución del programa.

Es un almacén de datos contiguos del tipo LIFO ("Last In First Out").

27


StackStack Se usa para muchas cosas:

Se almacenan las variables locales automáticas y los datos involucrados en el mecanismo de invocación de funciones.

En algunos sistemas, la pila y el heap son contiguos y el crecimiento desmesurado de la pila puede llegar a sobrescribir el área inferior del heap.

28


Free store (Heap)Free store (Heap) El Free Store es un espacio de memoria muy

grande, donde es posible almacenar información, pero sólo puede ser manipulado por medio de punteros.

A diferencia que en el Stack, la memoria reservada en el Free Store no se libera sino hasta que se termina el programa o es liberada manualmente.

29


Free store (Heap)Free store (Heap) Para reservar memoria en el Heap es necesario

usar el comando new, el cual devuelve la dirección donde se reservó la variable.

Rectangulo *pPuntero = NULL;

pPuntero = new Rectangulo();

/*también es posible hacerlo todo en una sola línea.

Rectangulo *pPuntero = new Rectangulo(); */

30


ContenidoContenido

31

Apuntadores1

Zonas de Memoria2


Referencias4


Gestión Dinámica de Memoria


32

1. Petición al S.O. (tamaño)2. El S.O. comprueba si

hay suficiente espacio libre.

3. Si hay espacio suficiente, devuelve la ubicación donde se encuentra la memoria reservada, y marca dicha zona como memoria ocupada.




33

4. La ubicación de la zona de memoria se almacena en una variable estática (p1) o en una variable automática (p2).

Nota: Si la petición devuelve una dirección de memoria, p1 y p2 deben ser variables de tipo puntero al tipo de dato que se ha reservado.




34

5. A su vez, es posible que las nuevas variables dinámicas creadas puedan almacenar la dirección de nuevas peticiones de reserva de memoria.




35

6. Una vez que se han utilizado las variables dinámicas y ya no se van a necesitar más es necesario liberar la memoria que se está utilizando e informar al S.O. que esta zona de memoria vuelve a estar libre para su utilización.



Gestión Dinámica de Memoria1 •Reservar memoria.

2 •Utilizar memoria reservada.

3 •Liberar memoria reservada.

36


Operador newOperador new Un operador que reserva la cantidad de

memoria deseada en tiempo de ejecución.

37

new reserva una zona de memoria en el Heap del tamaño adecuado para almacenar un dato de cualquier tipo, devolviendo la dirección de memoria donde empieza la zona reservada.

Si new no puede reservar espacio (Ej. no hay suficiente memoria disponible), se provoca una excepción y el programa termina.

La única forma de crear, modificar, acceder o eliminar una variable en el Heap es a través de un puntero.

Se puede gestionar memoria para almacenar variables de tipo predefinido (int, float, double, …) al igual que los tipos de datos creados por el usuario (estructuras, clases…).


Operador newOperador new Este operador permite crear un objeto de

cualquier tipo, incluyendo tipos definidos por el usuario, y devuelve un puntero (del tipo adecuado) al objeto creado.

Su utilización exige que se declarare un puntero del tipo adecuado. Sintaxis:

Tipo *puntero = new Tipo;

38


Operador newOperador new Ejemplos:

39

Tipo *ptr =new Tipo;char *ptr =new char;int *ptr =new int;float *ptr =new float;Rectangulo *ptr =new Rectangulo;Rectangulo *ptr =new Rectangulo(x,y);


Liberando la memoria del heapLiberando la memoria del heap

Para liberar la memoria del HEAP se usa el comando delete sobre el puntero.

delete pPuntero;

Es MUY importante liberar la memoria del Heap, pues en caso de perder el rastro de los punteros podrán presentarse “fugas de memoria”

40


Operador deleteOperador delete El operador delete no elimina el puntero,

simplemente lo desreferencia.

41

int *ptr =new int;; //reserva memoria... operacionesdelete ptr; //desreferncia ptrptr=NULL; //lo lleva a NULLdelete ptr; //no hay problema//se puede volver a referenciar a otro espacio de memoriaptr=new char; ????


Operador new[ ] y delete[ ]Operador new[ ] y delete[ ] El estándar C++ posee los operadores new y

delete para manipular manualmente la memoria, permitiéndonos tomar la decisión en el ciclo de vida de las variables.

Además de ser utilizado para variables y objetos simples, también nos permite crear y destruir arreglos de manera dinámica.

Sintaxis:

Tipo *puntero = new Tipo [tamaño];

42


Operador new[ ] y delete[ ]Operador new[ ] y delete[ ] Ejemplos:

43

Tipo *ptr =new Tipo;char *ptr =new char[5];int *ptr =new int[10];float *ptr =new float[size];Rectangulo *ptr =new Rectangulo[3];Rectangulo *ptr =new Rectangulo[3](x,y); //Error, solo acepta el constructor por defecto


Fugas de memoriaFugas de memoria Cuando “se pierde de vista” la dirección o el

puntero que lleva registro del espacio en el Heap, se dice que hubo una fuga de memoria.

La memoria desperdiciada por causa de fugas de memoria, NO podrá liberarse sino hasta que termine el programa.

44


Fugas de memoriaFugas de memoria Es muy frecuente que ocurra cuando el puntero

es declarado como variable local (dentro de una función) y luego se sale de ésta sin antes liberar la memoria.

Es muy común usar los constructores para reservar memoria en el heap y los destructores para liberarla.

45


La asignación de un objeto en el Heap es igual que la asignación de cualquier otro tipo

Rectangulo *pRect= new Rectangulo;

/*Este comando creará un objeto tipo Rectangulo en el Heap, llamando su contructor*/

46

Uso de objetos en el free storeUso de objetos en el free store


ContenidoContenido

47

Apuntadores1

Zonas de Memoria2


Referencias4


ReferenciasReferencias Las referencias son “alias” de otros objetos, por

lo tanto cuando se manipula una referencia, realmente se está manipulando el objeto al que ésta hace referencia.

48


ReferenciasReferencias Las referencias difieren con otro tipo de

variables ya que deben declararse inicializándolas con las variables a las que harán referencia. Si se tratan de declarar sin inicializar, el programa no compilará.

49

int Edad = 5;

int &rVble = Edad;

// errores!, esta mal referenciadoint &rVble;&rVble = x;


ReferenciasReferencias Si se toma la dirección de una referencia

(&rReferencia), el valor que devuelve es la dirección de la variable a la que apunta la referencia.

50


ReferenciasReferencias

51

r1, ref20X0FDE04

0X0FDE00

0X0FDE08

Rectangulo r1;Rectangulo &ref2=r1;


ReferenciasReferencias Las referencias sólo pueden ser asignadas UNA

SOLA VEZ, por lo tanto, todas las operaciones que se hagan a la referencia, en realidad se estarán haciendo sobre el objeto al que hacen referencia.

¡NO TRATE DE REASIGNAR UNA REFERENCIA!

52


ReferenciasReferencias Las referencias pueden trabajar con todo tipo,

incluso con objetos.

Cuando una referencia hace referencia a un objeto, puede usar todos sus miembros y métodos tal y como se hace con objeto real.

53


A las funciones normalmente se le pasan los argumentos por valor y sólo devuelven un valor.

Si se pasan los parámetros por referencia, se puede superar éstas limitantes. Existe dos formas de hacerlo; usando punteros o referencias

Se dice que uno pasa “por referencia” cuando usa punteros o uno pasa “una referencia” cuando usa referencias.

54

Pasar y retornar valores por referenciaPasar y retornar valores por referencia


Cuando se pasa referencias, realmente se pasa la dirección del objeto real (en vez del objeto entero), para luego manipular directamente el objeto, no su copia.

55

Pasar y retornar valores por referenciaPasar y retornar valores por referencia


Retornos múltiples valores en las funciones

Retornos múltiples valores en las funciones

Existen 2 formas de hacerlo: & *

Estos métodos permiten que se use el valor de retorno de la función para reportar errores.

56


Pasar por referencia para ser más eficiente

Pasar por referencia para ser más eficiente

Cada vez que se pasa un objeto por valor, se genera una copia de éste en la pila, lo cual hace que se requiera tiempo y memoria.

Cuando se trabajan con valores sencillos(int, short, etc..), es un costo tribial; sin embargo, con objetos complicados es un costo significativos.

57


Ejemplo funciones por referenciaEjemplo funciones por referenciausing namespace std;

void permutar1(int a, int b);void permutar2(int *ptr_a,int *ptr_b);void permutar3(int &a,int &b);

int main(){int num1=8;int num2=9;cout<<"Antes de utilizar la funcion1:

"<<endl;cout<<"valor Variable1: "<<num1<<endl;cout<<"valor Variable2: "<<num2<<endl;

58

permutar1(num1,num2);cout<<"luego de utilizar la funcion1: "<<endl;cout<<"valor Variable1: "<<num1<<endl;cout<<"valor Variable2: "<<num2<<endl;

permutar2(&num1,&num2);cout<<"luego de utilizar la funcion2: "<<endl;cout<<"valor Variable1: "<<num1<<endl;cout<<"valor Variable2: "<<num2<<endl;

permutar3(num1,num2);cout<<"luego de utilizar la funcion3: "<<endl;cout<<"valor Variable1: "<<num1<<endl;cout<<"valor Variable2: "<<num2<<endl;

//Paso de argumentos por valor//int a=num1 , int b=num2void permutar1(int a, int b){

int temp=a;a=b;b=temp;

}

//Paso de argumentos por referencia //mediante punteros// int *ptr_a=&num1 , int *ptr_b=&num2 void permutar2(int *ptr_a,int *ptr_b){

int temp=*ptr_a;*ptr_a=*ptr_b;*ptr_b=temp;

}

//Paso de argumentos mediante //referencias//int &a=num1 , int &b=num2void permutar3(int &a,int &b){

int temp=a;a=b;b=temp;

}

return 0;}


Cuando usar referencias o punteros

Cuando usar referencias o punteros

59

Referencias PunterosTrabajan directamente con posiciones de memoria, pero el código mas limpio y fácil de usar

Trabajan directamente con posiciones de memoria

No pueden ser reasignados Se pueden reasignar, (reuso de punteros)

Las referencias no pueden ser nulas. Pueden tomar el valor de nulo en el flujo del programa

Poco costoso para manejo de funciones.

Poco costoso para manejo de funciones.


BibliografíaBibliografía

man, ¡no dude en utilizarlo!! Como Programar en C++ - Deithel & Deithel Ed.

PRENTICE HALL Sams Teach Yourself C++ in One Hour a Day, J.

Liberty,S. Rao, B. Jones

http://newdata.box.sk/bx/c/

60

http://newdata.box.sk/bx/c/

sesión 07: manejo dinámico de memoria 1. 2009/1 circuitos digitales iii 2010/1 circuitos digitales...

Documents