46256 (Ссылочные типы. Динамические переменные)

Ссылочные типы. Динамические переменные

Курсовая работа по дисциплине «информатика»

Студент группы

Тюменский государственный нефтегазовый университет

2007

Аннотация

В данной пояснительной записке содержат 65 страниц, 7 картинок. Программа «Алфавит» занимает 538 байт, «Калькулятор» занимает 535 байт. Данная курсовая работа раскрывает тему ссылочных данных и динамических переменных. Содержит две главы. В первой главе дается теоретическое объяснение ссылочным данным и динамическим переменным. Во второй главе дает практическое объяснение, которое раскрыто в двух задачах.

Федеральное агентство по образованию

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Тобольский индустриальный институт

«Утверждаю:»

Заведующий Кафедры

___________________

___________________

«___»________200_ г.

Задание

Курсовая работа по дисциплине

информатика

Студент: группа: руководитель:

Тема курсовой работы :Ссылочные типы. Динамические переменные

Техническое задание

Составить программу «Калькулятор»

Составить программу, содержащую процедуру которая, выполняет сортировку списка по значению поля содержащего символьные значения из набора букв латинского алфавита

Отчетный материал курсовой работы

Пояснительная записка

Дискета с отложенной версией программы

Рекомендуемая литература

Рапаков Г. Г. и Ржецукая С. Ю.. Turbo Pascal для студентов и школьников. BHV – С.-Петербург 2004

Меженный О. А. Turbo Pascal: учитель программирования. Диалектива 2001.

Культин Н.. Программирование в Turbo Pascal и Delphi. BHV 2003

Фаронов В. В. Turbo Pascal: учебное пособие. BHV 2006

Задание выдано «__»_____200_ г.

Руководитель ______

(подпись)

Отзыв руководителя

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Руководитель_________

(подпись)

Задание принято «__»_______200_ г.

Введение

В любой вычислительной системе память относится к таким ресурсам, которых всегда не хватает. Управление памятью - одна из главных забот программиста, так как для него очень важно создавать программы, эффективно использующие память, ведь во время выполнения программы память необходима для следующих элементов программ и данных:

сама программа пользователя;

системные программы времени выполнения, которые осуществляют вспомогательные действия при работе программы пользователя;

определяемые пользователем структуры данных и константы;

точки возврата для программ;

временная память для хранения промежуточных результатов при вычислении выражений;

временная память при передаче параметров;

буферы ввода-вывода, используемые как временные области памяти, в которых хранятся данные между моментом их реальной физической передачи с внешнего устройства или на него и моментом инициализации в программе операции ввода или вывода;

различные системные данные (информация о статусе устройств ввода-вывода и др.).

И статические, и динамические переменные вызываются по их адресам. Без адреса не получить доступ к нужной ячейке памяти, но, используя статические переменные, непосредственно адрес не указываете, а обращаетесь к переменной по имени. Компилятор размещает переменные в памяти и подставляет нужные адреса в коды команд.

Адресация динамических переменных происходит через указатели. В Паскале можно определить переменные, которые имеют тип указатель, их значения определяют адрес объекта. Для работы с динамическими переменными в программе должны быть предусмотрены:

выделение памяти под динамическую переменную;

присвоение указателю на динамическую переменную адреса выделенной памяти (инициализация указателя);

освобождение памяти после использования динамической переменной.

Из этого перечня видно, что управление памятью касается широкого класса объектов.

Программист сам должен резервировать место под переменную, определять значения указателей, освобождать память - удалять динамические переменные. Для использования динамической переменной где-то в статике должен быть указатель на нее. Компилятор предусматривает место под указатель, об инициализации указателя должен заботиться программист.

Вместо любой статической переменной можно использовать динамическую, но без реальной необходимости этого делать не стоит. Переменные простых типов нет смысла размещать в динамической области, поскольку они занимают меньше места, чем указатель на них. Например, указатель на целое занимает 4 байта, само целое - 2 байта. Кроме того, при динамическом распределении памяти удлиняется текст программы, снижаются наглядность и быстродействие. Это объясняется тем, что, во-первых, нужно во время исполнения программы определять значения указателей, а во-вторых, усложняется доступ к значению переменной.

Глава I. Теоретическая часть

1. Указатели. Описание указателей

Указатели - это особый тип данных. В переменных этого типа хранятся адреса других переменных содержащих полезную для программы информацию. На первый взгляд может показаться, что использование указателей приводит к лишним затратам памяти и к усложнению программы, а также существе усложняет и сам процесс программирования. В данной главе мы, приведем такие примеры использования указателей, из которых станет ясно, что все дополнительные затраты на их хранение и обработку окупаются в полной мере. Работа с указателями предусмотрена не только в Pascal, но и в некоторых других языках программирования. Например, в языке С указатели используются практически в любой программе.

В Pascal роль указателей несколько скромнее, и, тем не менее, начинающим программистам следует усвоить базовые принципы работы с указателями, чтобы глубже понять внутренний механизм обработки и выполнения любой компьютерной программы.

1.1. Указатели и адреса

Известно, что адресом переменной является адрес первого байта ячейки памяти, которая под нее отводится. Для данных структурных типов (массивов и записей) их адресом считается адрес первого байта первого элемента.

В Turbo Pascal существует возможность прямого доступа к любому байту оперативной памяти по его адресу при помощи определенных в модуле system массивов Mem, MemW и MemL, которые позволяют записать информацию или прочитать ее непосредственно из ячеек памяти (один, два или четыре байта). Это очень опасные действия, поэтому они исключены в 32- разрядных системах программирования. Все же дадим краткие пояснения для тех, кто работает в среде Borland (Turbo) Pascal.

В качестве индекса в этих массивах используется адрес, записанный в виде, принятом в DOS: сегмент : Смещение относительно начала сегмента. Такой странный способ записи адреса связан с тем, что в операционной системе DOS вся память разбита на сегменты, размеры которых не превышают 64 Кбайт. Для получения абсолютного адреса из пары сегмент Смещение система прибавляет к сегменту справа шестнадцатеричный ноль (это четыре нуля в двоичной системе), а затем складывает его со смещением. Таким способом можно адресовать 1 Мбайт памяти.

Например, начальный адрес видеобуфера запишется в виде $B800:$000, а обратиться к самому первому его байту можно так: Mem[$В800:$0000], к первым двум байтам — MemW[$B800:$0000], к первым четырем байтам — MemL [$B800:$0000]. Абсолютный адрес, соответствующий данной паре, — $B8000.

Еще один пример для любознательных — оператор mem[0:$41C]:=mem[0:$41А]; можно применить для принудительной очистки буфера клавиатуры. Здесь адрес маркера конца буфера клавиатуры приравнивается к адресу его начала. Конечно, в данном случае лучше воспользоваться средствами модуля crt.

Имеется еще один способ обращения к оперативной памяти — использование служебного слова absolute при описании переменной. В этом случае переменная будет располагаться именно по тому адресу в оперативной памяти, который указан после absolute. Разумеется, использование служебного слова absolute — столь же опасный способ, как и обращение к памяти через предопределенные массивы.

Однако absolute может использоваться и более безопасным способом, позволяя совмещать в памяти две переменные с разными именами. В языке Pascal есть специальная операция получения указателя на переменную (или процедуру) — она обозначается как @. Имеется также эквивалентная ей функция addr.

Например, @x или addr(х) — адрес переменной х.

Имеется и обратная операция получения значения переменной по ее адресу, которая обозначается знаком ^. Например, р^ переменная с адресом р.

В повседневной практике средства работы с адресами используются довольно редко. Основное назначение указателей состоит в том, чтобы обеспечить механизм использования в программе динамических переменных. Этот механизм мы и будем обсуждать подробно в следующих разделах.

1.2. Описание указателей

В Pascal имеются два различных вида указателей: типизированные и нетипизированные. Типизированный указатель — это указатель на переменную определенного типа, например, целого, строкового или типа массива Нетипизарованный указатель — это адрес первого байта области памяти, в которой может размещаться любая информация вне зависимости от ее типа.

Описание двух видов указателей выполняется по-разному:

var p1: ^integer; {указатель на переменную целого типа}

p2: ^string; {указатель на стоку}

p3 pointer; {нетипизированный указатель}

Заметим что тип pointer совместим со всеми типами указателей. В дальнейшем изложении для удобства имена всех указателей будем начинать с буквы p (pointer).

Каждый указатель размещается в сегменте данных или в стеке (если он объявлен в подпрограмме) и занимает там 4 байта. Это дополнительные “накладные расходы’ памяти. Поэтому обычные переменные очень редко создают и уничтожают динамически, оставляя эту возможность для больших совокупностей данных.

Чем больше размер динамической переменной, тем меньше доля накладных расходов. Например, при хранении в динамической памяти массивов больших размеров лишние 4 байта, затраченные на указатель, несущественны.

2. Списки

Списки представляют собой способ организации структуры данных, при которой элементы некоторого типа образуют цепочку. Для связывания элементов в списке используют систему указателей. В минимальном случае, любой элемент линейного списка имеет один указатель, который указывает на следующий элемент в списке или является пустым указателем, что интерпретируется как конец списка. На рис. 1 приведено понятийное изображение линейного списка.

2.1 Линейные однонаправленные списки

Линейные однонаправленные списки являются динамической структурой данных, каждый элемент которой состоит из информативной и ссылочной части. Ниже представлено описание динамической строки символов.

type

TypeOfElem= Char;

Assoc= ^DynElem;

DynElem= record

Elem: TypeOfElem;

NextElem: Pointer

end;

DynStr= Assoc;

На практике, для обработки динамических строк вводят два указателя: на начало и конец (текущий элемент) цепочки.

var HeadOfStr: Pointer; ElemOfStr: DynStr;

Для создания цепочки выполняется последовательность операторов, связанная с начальным указателем.

new( ElemOfStr ); ElemOfStr^.Elem:= ▒▓; ElemOfStr^.NextElem:= nil; HeadOfStr:= ElemOfStr;

Для создания каждого следующего элемента списка должна быть выполнена следующая последовательность операторов:

new( ElemOfStr^.NextElem ); ElemOfStr:= ElemOfStr^.NextElem; ElemOfStr^.Elem:= ▒▓;

ElemOfStr^.NextElem:= nil; {признак конца списка}

Для поиска заданного элемента строки необходимо просмотреть последовательные звенья цепочки и сравнить значение информативного поля каждого из них с заданным. Этот процесс может окончиться при получении следующих результатов:

1. очередной элемент списка содержит заданный элемент; тогда значение функции √ истинно, а также известно значение ссылки на это звено;