Eine Einführung in die Programmiersprache C und ... - C /C++ Ecke

Eine Einführung in die Informatik und die Programmiersprache C
26 Dynamische Speicherverwaltung
Häufig ist beim Schreiben und Compilieren eines Programmes nicht bekannt, wieviel Daten dereinst
von diesem Programm bearbeitet werden. Deshalb ist es bei den internen Datenstrukturen oft
auch nicht möglich, im Voraus eine vernünftige, fixe Grösse für den Speicherplatz zu wählen.
Man kann natürlich alle Arrays auf Vorrat masslos überdimensionieren (wie zum Beispiel:
char TextVonEditor[1000000]), nur ist damit immer noch nicht garantiert dass nun in
jedem Fall genügend Platz vorhanden ist, und zudem wird dadurch im Normalfall viel zuviel Speicher
verschwendet.
Es muss deshalb möglich sein, zu Laufzeit des Programmes Speicher vom Betriebssystem anzufordern
wenn er benötigt wird, und diesen Speicher auch wieder zurückzugeben wenn er nicht mehr
benutzt wird.
Dieses dynamische Anfordern und Freigeben von Speicher bezeichnet man als dynamische Speicherverwaltung.
In C stehen dazu grundsätzlich die Funktionen malloc() zum Allozieren von
Speicher, und free() zum Freigeben von Speicher zur Verfügung. (Zur Anforderung von Speicher
gibt es für spezielle Fälle noch die Funktionen realloc() und calloc()). Der Speicherbereich,
aus dem dieser dynamisch verwaltete Speicher entnommen wird, bezeichnet man als
'Heap'.
Der Funktion malloc() muss die Grösse des gewünschten Speichers übergeben werden, Sie liefert
einen Zeiger auf den nun reservierten Speicherbereich zurück. Wenn das System nicht mehr
genügend Speicher frei hat, um die Anforderung zu erfüllen, wird ein NULL-Zeiger zurückgegeben.
Es ist deshalb unerlässlich, nach jeder Anforderung von Speicher zu überprüfen, ob man den Speicher
auch erhalten hat.
Mit der Funktion realloc() kann ein bereits reservierter Speicherblock 'erweitert' werden. Dabei
wird vom System ein neuer Block mit der neuen Grösse reserviert, soviel Daten wie möglich (Maximal
soviel wie der neue Block aufnehmen kann, resp. im alten enthalten ist) vom alten Block in
den neuen Block kopiert, der alte Block freigegeben und ein Zeiger auf den neuen Block zurückgeliefert.
Der Funktion muss ein Zeiger auf den alten Block, sowie die gewünschte neue Grösse mitgegeben
werden. Diese Funktion liefert ebenfalls einen NULL Zeiger zurück, wenn der angeforderte
Speicher nicht zur Verfügung gestellt werden konnte (Der alte Block wird in diesem Fall aber nicht
freigegeben). Diese Funktion kann auch nachgebildet werden, indem man das Allozieren, Kopieren
und Freigeben selbst programmiert, nur kann realloc in gewissen Fällen effizienter sein (Wenn z.B.
der Speicher hinter diesem Block noch frei ist, kann der Block einfach erweitert werden, und es
muss nichts kopiert werden.)
Wenn man einen reservierten Speicherblock nicht mehr benötigt, muss man ihn mit der Funktion
free() wieder freigeben, damit er anderen Programmen zur Verfügung gestellt werden kann. Der
Funktion free() muss man den Zeiger auf den freizugebenden Speicherblock übergeben (Derselbe
Zeiger, den man von malloc(), calloc() oder realloc() erhalten hat).
Achtung, wenn ein Zeiger übergeben wird, der nicht auf einen von malloc() gelieferten Speicherblock
zeigt, oder denselben Block zweimal freigibt wird die Speicherverwaltung korrupt, und
es muss mit Absturz oder verfälschten Daten gerechnet werden. (Um solche Probleme zu finden
gibt es spezielle Debug-Speicherverwaltungen, welche zusätzliche Überprüfungen vornehmen und
Fehlermeldungen ausgeben.)
Wichtig, jeder Speicherblock, der angefordert wird, muss auch wieder freigegeben werden, sonst
entsteht ein sogenanntes Speicherleck. Das heisst, dass der verfügbare Speicher ständig abnimmt,
bis plötzlich kein freier Speicher mehr übrig ist.
Innerhalb von Interruptroutinen und zeitkritischen Codestücken sollten malloc() und free()
nicht eingesetzt werden. (Speicher vorher oder nachher allozieren resp. freigeben).
Gedruckt am 11.09.2008 13:04:00 Letzte Änderung am: 11. September 2008 Version 2.4, I. Oesch 98/147