Προγραμματισμός ΙΙ. Ενότητα 2: Διαχείριση μνήμης. Δρ. Γεώργιος Σίσιας Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Transcript

1 Προγραμματισμός ΙΙ Ενότητα 2: Διαχείριση μνήμης Δρ. Γεώργιος Σίσιας Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Διαχείριση μνήμης

5 Σκοποί ενότητας Η ενότητα αυτή πραγματεύεται το ζήτημα της διαχείρισης μνήμης. 5

6 Περιεχόμενα ενότητας Στατική μνήμη. Δυναμική μνήμη. Βιβλιογραφία. 6

7 Στατική μνήμη (1/4) Η μνήμη που χρησιμοποιεί ένα πρόγραμμα χωρίζεται σε δύο κατηγορίες, ανάλογα με τον τρόπο διαχείρισης και χρήσης της. Η μία από αυτές τις κατηγορίες ονομάζεται στοίβα (stack) και είναι στατικά δεσμευμένη από τη στιγμή που ξεκινάει το πρόγραμμα. Το μέγεθός της καθορίζεται κατά τη διάρκεια μεταγλώττισης, μέσω μιας επιλογής του λογισμικού ανάπτυξης εφαρμογών. 7

8 Στατική μνήμη (2/4) Η τυπική της τιμή είναι 4 ΜΒ ή 10 ΜΒ (αυτό ενδέχεται να διαφέρει από εργαλεία σε εργαλείο και έκδοση σε έκδοση, ή ίσως και άλλους παράγοντες). Στη μνήμη αυτή που το πρόγραμμα διαχειρίζεται ως στοίβα μπαίνουν οι ολικές και οι τοπικές μεταβλητές, καθώς και οι παράμετροι των συναρτήσεων όταν αυτές καλούνται. 8

9 Στατική μνήμη (3/4) Σε περίπτωση εξάντλησης αυτής της ποσότητας μνήμης, το πρόγραμμα καταρρέει με μήνυμα της μορφής «stack overflow» ή «υπερχείλιση στοίβας». Αν διαπιστώσετε ότι αυτή η ποσότητα μνήμης δεν επαρκεί στο πρόγραμμά σας, τότε μπορείτε να αλλάξετε την αντίστοιχη ρύθμιση και να μεταγλωττίσετε ξανά το πρόγραμμά σας. 9

10 Στατική μνήμη (4/4) Ωστόσο πρέπει να έχετε υπόψη τα εξής δύο, όσον αφορά μια τέτοια τακτική: 1. Αν αυξήσετε το όριο αυτό, τότε θα πρέπει να γνωρίζετε ότι έτσι θα αυξήσετε και τις αρχικές απαιτήσεις του προγράμματός σας. 2. Σε περίπτωση που χρειάζεστε μεγάλες ποσότητες μνήμης, τότε καλό είναι να τις δεσμεύετε δυναμικά, όπως θα δούμε σε λίγο. 10

11 Δυναμική μνήμη (1/5) Η προσέγγιση για να ξεπεραστεί ο παραπάνω περιορισμός είναι η δυναμική δέσμευση μνήμης (σωρός/heap). Δηλαδή, το πρόγραμμα ζητάει να δεσμεύσει πόρους (όπως μνήμη) κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του προγράμματος, και ανάλογα με τις εκάστοτε απαιτήσεις. 11

12 Δυναμική μνήμη (2/5) Εδώ θα πρέπει να θυμηθείτε τα όρια των 32- και 64-bit Λειτουργικού Συστήματος (ΛΣ)που αναφέραμε σε προηγούμενη ενότητα. Ακόμη, θα πρέπει να λάβετε υπόψη το μέγεθος της μνήμης και το μέγεθος του αρχείου σελιδοποίησης/μνήμης του υπολογιστή σας. Ο μηχανισμός δυναμικής δέσμευσης μνήμης λειτουργεί με τη βοήθεια δεικτών και κατάλληλων εντολών για τη δέσμευση και αποδέσμευση (δυναμικά) της απαιτούμενης μνήμης. 12

13 Δυναμική μνήμη (3/5) Στη γλώσσα C έχουμε τις εντολές malloc, free, και realloc, ενώ στη γλώσσα C++ έχουμε για τον ίδιο σκοπό και δύο τελεστές, τους new και delete, αντίστοιχα. Η realloc δέχεται τον παλιό δείκτη και την καινούργια ποσότητα μνήμης που θέλουμε. 13

14 Δυναμική μνήμη (4/5) Σκοπός της realloc είναι να αλλάξει τη δεσμευμένη ποσότητα μνήμης (μικρότερη ή μεγαλύτερη από πριν), χωρίς να χρειαστεί η δέσμευση ενός δεύτερου μπλοκ μνήμης, η αντιγραφή των στοιχείων του παλαιού μπλοκ στο καινούργιο, και η αποδέσμευση του παλαιού. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια κατάλληλων εντολών του ΛΣ. 14

15 Δυναμική μνήμη (5/5) Για περισσότερα, αναφερθείτε στο σύνδεσμο Οι αντίστοιχες εντολές στη C++ είναι οι τελεστές new και delete. Εδώ δε θα πούμε περισσότερα γι' αυτές. Ωστόσο, πρέπει να αναφέρουμε ότι αντενδείκνυται η χιαστή χρήση τους (malloc με delete ή/και new με free). 15

16 Βιβλιογραφία (1/10) 1. Alexandrescu A. (2001) Modern C++ design: generic programming and design patterns applied. USA, Addison-Wesley Publishing Company. 323 pp. ISBN ( 22.85, 27,42). 2. Bennett S, McRobb S and R Farmer. (2002) Object-oriented systems analysis and design using UML. 2nd Edition. McGraw- Hill Education. ISBN Booch G, Maksimchuk RA, Engle MW, Young BJ, Conallen J and Houston KA. (2007) Object-oriented analysis and design with applications. 3rd ed. USA, Addison-Wesley. 691 pp. ISBN X. ISBN ( 43.44, 52.56). 16

17 Βιβλιογραφία (2/10) 4. Carrano FM and Henry T. (2013) Data abstraction and problem solving with C++: walls and mirrors. 6th ed. UK, Pearson Education Limited. 833 pp. ISBN , ISBN Deitel HM and Deitel PJ. (2010) C++ προγραμματισμός. 6η Έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Μ. Γκιούρδα σελ. ISBN Fowler M. (1999) Refactoring: improving the design of existing code. USA, Addison Wesley Longman, Inc. 431 pp. ISBN ( 38.62, 49.05). 17

18 Βιβλιογραφία (3/10) 7. Fowler M. (2004) UML distilled: a brief guide to the standard object modeling language. 3rd ed. USA, Pearson Education, Inc. 175 pp. ISBN ( 30.10, 38.23). 8. Kruse RL and Ryba AJ. (1999) Data structures and program design in C++. USA, Prentice Hall. 717 pp. ISBN ( 40.74). 9. Lafore R. (2006) Αντικειμενοστρεφής προγραμματισμός με τη C++. Ελλάδα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος σελ. ISBN

19 Βιβλιογραφία (4/10) 10. Lafore, R. (2002) Object-oriented programming in C++. 4th ed. USA, Sams Publishing pp. ISBN ISBN ( 29.60, 33.35). 11. Lakos, J. (1996) Large-Scale Software Design in C++. USA, Addison-Wesley. 852 pp. ISBN ISBN ( 26.26, 30.20). 12. MacLennan BJ. (1987) Principles of programming languages: design, evaluation, and implementation. 2nd ed. USA, CBS College Publishing. 568 pp. ISBN X. ( 8.00). 19

20 Βιβλιογραφία (5/10) 13. Martin RC. (2012) Agile software development: principles, patterns, and practices. USA, Pearson Education, Inc. 529 pp. ISBN ISBN ( 54.21, 65.59). 14. McConnell S. (1993) Code complete: a practical handbook of software construction. USA, Microsoft Press. 857 pp. ( 25.99). 15. McConnell S. (1996) Rapid development: taming wild software schedules. USA, Microsoft Press. 647 pp. ISBN ( 25.99). 20

21 Βιβλιογραφία (6/10) 16. McConnell S. (2004) Professional software development: shorter schedules, higher quality products, more successful projects, enhanced careers. USA, Addison-Wesley. 243 pp. ISBN ( 19.79, 29.08). 17. McDermid J, ed. (1991) Software engineer s reference book. Great Britain, Butterworth-Heinemann Ltd pp. ISBN ( 40.00). 18. Meyers S. (1996) More effective C++: 35 new ways to improve your programs and designs. USA, Addison-Wesley. 318 pp. ISBN X. ( 25.29, 36.90). 21

22 Βιβλιογραφία (7/10) 19. Meyers S. (2005) Effective C++: 55 specific ways to improve your programs and designs. 3rd ed. USA, Pearson Education, Inc. 297 pp. ISBN ( 18.52, 27.01). 20. Pressman RS. (2005) Software engineering: a practitioner s approach. 6th int. ed. Singapore, McGraw-Hill. 912 pp. ISBN ( 45.06, 65.83). 21. Reddy M. (2011) API design for C++. USA, Morgan Kaufmann Publishers. 441 pp. ISBN ( 28.01, 32.21). 22. Sahni S. (2004) Δομές δεδομένων, αλγόριθμοι, και εφαρμογές στη C++. Ελλάδα/ΗΠΑ, Εκδόσεις Τζιόλα/McGraw-Hill. 852 σελ. ISBN ( 66.56). 22

23 Βιβλιογραφία (8/10) 23. Savitch W and Mock K. (2013) Πλήρης C++. 4η Έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Τζιόλα σελ. ISBN ( 76.14). 24. Savitch W. (2015) Java: and introduction to problem solving and programming. 7th ed. USA, Pearson Education, Inc. 989 pp (+204 pp web chapters). ISBN ISBN ( 83.99, , $122.68). 25. Schildt H. (2000) Ο οδηγός της C++. 3η Έκδοση, Εκδόσεις Μ. Γκιούρδα. 748 σελ. ISBN ( 29.00). 26. Schildt H. (2004) Μάθετε τη C++ από το μηδέν. 3η Έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. 660 σελ. ISBN ( 46.90). 23

24 Βιβλιογραφία (9/10) 27. Sommerville I. (2004) Software Engineering. 7th ed. USA, Addison-Wesley. 759 pp. ISBN ( 40.95, 60.17). 28. Stroustrup B. (2000) The C++ programming language. Special Edition. USA, Addison-Wesley Longman, Inc pp. ISBN ( 37.20, 54.26). 29. Sutter H and Alexandrescu A. (2005) C++ coding standards: 101 rules, guidelines, and best practices. USA, Pearson Education, Inc. 220 pp. ISBN ISBN ( 19.71, 22.67). 24

25 Βιβλιογραφία (10/10) 30. Sutter H. (2000) Exceptional C++: 47 engineering puzzles, programming problems, and solutions. USA, Addison- Wesley Longman, Inc. 215 pp. ISBN ISBN ( 24.32, 27.97). 31. Sutter H. (2002) More exceptional C++: 40 new engineering puzzles, programming problems, and solutions. USA, Pearson Education, Inc. 279 pp. ISBN X. ISBN ( 28.05, 32.26). 32. Χατζηγιαννάκης ΝΜ. (2014) Η γλώσσα C++ σε βάθος. 2η αναθεωρημένη έκδοση. Ελλάδα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. 974 σελ. ISBN ( 89.00). 25

26 Τέλος Ενότητας

27 Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Σίσιας Γεώργιος. «Προγραμματισμός ΙΙ». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: 27

28 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 28

29 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 29