Погружение в оперативную память
Оперативная память содержит миллионы байтовых ячеек, – вы знаете об этом. Каждой ячейке назначен уникальный номер, иначе говоря – адрес. Уникальный – это значит, что все адреса разные, – так нумеруют дома на улицах и квартиры в домах. Первой ячейке памяти присвоен адрес 0, второй – 1 и так далее. Подобно тому, как почтальон находит дом по номеру, процессор обращается к данным по адресам ячеек, где они хранятся.
Прежде, чем «задышать», программа должна перекочевать с диска в оперативную память. Рассказать про это? С включением питания компьютера в дело вступает стартовая программа – загрузчик, прошитый в постоянной памяти материнской платы. Эта программка загружает с диска в оперативную память вашу любимую операционную систему, – ритуал сопровождают загадочный скрип, мигание и попискивание. К тому моменту, когда на экране появляется знакомая картинка, часть памяти занимает операционная система. Дальше все определяют капризы пользователя. Он волен загрузить одну или несколько программ, после чего их размещение в памяти может стать таким, как показано на рис. 115.
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.
Рис.115 – Распределение оперативной памяти
«Планировка» памяти
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.
Рис.116 – Размещение переменных в оперативной памяти
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.
Указатели, первое знакомство
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.
Объявление указателей
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 }
