Динамическая память c: Динамическое выделение памяти в си

Динамическое выделение памяти | Программирование на C и C++

Программа может хранить информацию в основной памяти компьютера двумя основными спо­собами. Первый из них использует глобальные и локальные переменные, включая массивы, струк­туры и классы. В случае глобальных и статических локальных переменных место хранения инфор­мации фиксируется на все время выполнения программы. В случае локальных переменных память выделяется в стеке. Хотя в Borland С++ работа с этими переменными реализована очень эффек­тивно, их использование требует от программиста знать заранее размер памяти, который потре­буется в ходе выполнения программы.

Вторым способом хранения информации служит использование системы динамического выде­ления памяти Borland С++. В этом методе память для хранения информации выделяется из сво­бодной области памяти по мере надобности и возвращается назад, т.е. освобождается, когда надобность в ней исчезла. Область свободной памяти лежит между областью памяти, где разме­щается программа, и стеком. Эта область называется кучей (heap) и используется для запросов на динамическое выделение памяти.

Преимуществом использования динамической памяти служит то, что одна и та же память мо­жет быть использована для хранения различной информации в процессе исполнения программы. Поскольку память выделяется для определенной цели и освобождается, когда ее использование завершилось, то можно использовать ту же самую память в другой момент времени для других целей в другой части программы. Другим преимуществом динамического выделения памяти явля­ется возможность создания с ее помощью связанных списков, двоичных деревьев и других дина­мических структур данных.

Ядром динамического выделения памяти языка С являются функции malloc() и free(), являющиеся частями стандартной библиотеки. Всякий раз, когда функцией malloc() осуществляется запрос на выделение памяти, выделяется порция имеющейся в наличии свободной памяти. Всякий раз, когда эта память освобождается с помощью функции free(), эта память возвращается назад системе.

Язык С++ определяет два оператора динамического выделения памя­ти — new и delete.

Стандарт ANSI С определяет только четыре функции динамического выделения памяти: calloc(), malloc(), free() и realloc(). Однако Borland С++ содержит несколько других функций динамичес­кого выделения памяти. При компиляции кода для современной 32-разрядной модели памяти, память являет­ся плоской и обычно используются только четыре стандартные функции выделения памяти.

Стандарт ANSI С определяет, что заголовочная информация, необходимая для динамического выделения памяти, содержится в файле stdlib.h. Однако Borland С++ позволяет использовать заго­ловочные файлы stdlib.h или alloc.h. Здесь мы используем заголовочный файл stdlib.h, поскольку это обеспечивает переносимость. Некоторые другие функции динамического выделения памяти требуют заголовочных файлов alloc.h, malloc.h или dos.h. Необходимо обращать особое внимание на то, какой заголовочный файл необходим для использования каждой функции.

Статический массив против динамического массива в C ++

Важно иметь четкие определения того, что означают термины. К сожалению, существует несколько определений того, что означают статические и динамические массивы.

Статические переменные — это переменные, определенные с использованием статического распределения памяти . Это общая концепция, не зависящая от C / C ++. В C / C ++ мы можем создавать статические переменные с глобальной, файловой или локальной областью видимости следующим образом:

int x[10]; 
static int y[10]; 
foo() {
    static int z[10]; 

Автоматические переменные обычно реализуются с использованием выделения памяти на основе стека . Автоматический массив можно создать на C / C ++ следующим образом:

foo() {
    int w[10]; 

Общим для этих массивов, x, y, zи wявляется то, что размер каждого из них фиксирован и определяется во время компиляции.

Одна из причин, по которой важно понимать различие между автоматическим массивом и статическим массивом, заключается в том, что статическое хранилище обычно реализуется в разделе данных (или разделе BSS ) объектного файла, и компилятор может использовать абсолютные адреса для доступа к массивам. что невозможно при хранении на основе стека.

Под динамическим массивом обычно подразумевается не тот, размер которого можно изменять, а тот, который реализован с использованием динамического распределения памяти с фиксированным размером, определяемым во время выполнения. В C ++ это делается с помощью newоператора .

foo() {
   int *d = new int[n]; 

Но можно создать автоматический массив с размером исправлений, определенным во время выполнения, используя alloca:

foo() {
    int *s = (int*)alloca(n*sizeof(int))

Для настоящего динамического массива следует использовать что-то вроде std::vectorC ++ (или массив переменной длины в C ).

Что означало задание в вопросе ОП? Я думаю, ясно , что то , что хотели , не был статичным или автоматическим массивом , но один , который используется либо динамическое распределение памяти с помощью newоператора или массив нефиксированного размера , используя , например std::vector.

Динамическая память с произвольным доступом

DRAM (Dynamic Random Access Memory) — один из видов компьютерной памяти с произвольным доступом (RAM), наиболее широко используемый в качестве ОЗУ современных компьютеров.

Конструктивно память DRAM состоит из «ячеек» размером в 1 или 4 бит, в каждой из которых можно хранить определённый объём данных. Совокупность «ячеек» такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Весь набор «ячеек» условно делится на несколько областей.

Принцип действия

Принцип действия чтения DRAM для простого массива 4 на 4.

Физическое представление

В современных компьютерах физически DRAM-память представляет собой электрическую плату — модуль, на котором расположены микросхемы памяти и разъём, необходимый для подключения модуля к материнской плате. Роль «ячеек» играют конденсаторы и транзисторы, расположенные внутри микросхем памяти. Конденсаторы заряжаются в случае, когда в «ячейку» заносится единичный бит, либо разряжаются в случае, когда в «ячейку» заносится нулевой бит. Транзисторы необходимы для удержания заряда внутри конденсатора. При отсутствии подачи электроэнергии к оперативной памяти, происходит разряд конденсаторов, и память опустошается. Это динамическое изменение заряда конденсатора является основополагающим принципом работы памяти типа DRAM. Элементом памяти этого типа является чувствительный усилитель (англ. sense amp), подключенный к каждому из столбцов «прямоугольника». Он, реагируя на слабый поток электронов, устремившихся через открытые транзисторы с обкладок конденсаторов, считывает всю страницу целиком. Именно страница является минимальной порцией обмена с динамической памятью, потому что обмен данными с отдельно взятой ячейкой невозможен.

Характеристики памяти DRAM

Основными характеристиками DRAM являются тайминги и рабочая частота. Для обращения к ячейке контроллер задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца, на все запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции. На каждое действие требуется время, называемое таймингом. Основными таймингами DRAM являются: задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемая временем полного доступа (англ. RAS to CAS delay), задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS delay), задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки (англ. RAS precharge). Тайминги измеряются в наносекундах, и чем меньше величина этих таймингов, тем быстрее работает оперативная память. Рабочая частота измеряется в мегагерцах, и увеличение рабочей частоты памяти приводит к увеличению её быстродействия.

Регенерация

В отличие от статической памяти типа англ. static random access memory), которая является конструктивно более сложным и более дорогим типом памяти RAM и используется в основном в кэш—памяти, память DRAM изготавливается на основе конденсаторов небольшой ёмкости, которые быстро теряют заряд, поэтому информацию приходится обновлять через определённые периоды времени во избежание потерь данных. Этот процесс называется регенерацией памяти. Он реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка «ячеек», и через 8-64 мс обновляются все строки памяти.

Процесс регенерации памяти в классическом варианте существенно «тормозит» работу системы, поскольку в это время обмен данными с памятью невозможен. Регенерация, основанная на обычном переборе строк, не применяется в современных типах DRAM. Существует несколько более экономичных вариантов этого процесса — расширенный, пакетный, распределенный; наиболее экономичной является скрытая регенерация.

Из новых технологий регенерации можно выделить тип регенерации PASR (англ. Partial Array Self Refresh), применяемый компанией Samsung в чипах памяти SDRAM с низким уровнем энергопотребления. Регенерация «ячеек» выполняется только в период ожидания в тех банках памяти, в которых имеются данные. Параллельно с этой технологией реализуется метод TCSR (англ. Temperature Compensated Self Refresh), который предназначен для регулировки скорости процесса регенерации в зависимости от рабочей температуры.

Типы DRAM

На протяжении долгого времени разработчиками создавались различные типы памяти. Они обладали разными характеристиками, в них были использованы разные технические решения. Основной движущей силой развития памяти было развитие ЭВМ и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объёма оперативной памяти.

Страничная память

Страничная память (англ. page mode DRAM, PM DRAM) являлась одним из первых типов выпускаемой компьютерной оперативной памяти. Память такого типа выпускалась в начале 90-х годов, но с ростом производительности центральных процессоров и ресурсоёмкости приложений требовалось увеличивать не только объём памяти, но и скорость её работы.

Быстрая страничная память

Быстрая страничная память (англ. fast page mode DRAM, FPM DRAM) появилась в 1995 году. Принципиально новых изменений память не претерпела, а увеличение скорости работы достигалось путём повышенной нагрузки на аппаратную часть памяти. Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. Память могла работать на частотах 25 МГц и 33 МГц с временем полного доступа 70 нс и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 нс и 35 нс соответственно.

Память с усовершенствованным выходом

C появлением процессоров Intel Pentium память FPM DRAM оказалась совершенно неэффективной. Поэтому следующим шагом стала память с усовершенствованным выходом (англ. extended data out DRAM, EDO DRAM). Эта память появилась на рынке в 1996 году и стала активно использоваться на компьютерах с процессорами Intel Pentium и выше. Её производительность оказалась на 10—15 % выше по сравнению с памятью типа FPM DRAM. Её рабочая частота была 40 МГц и 50 МГц, соответственно, время полного доступа — 60 нс и 50 нс, а время рабочего цикла — 25 нс и 20 нс. Эта память содержит регистр-защелку (англ. data latch) выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

Синхронная DRAM

В связи с выпуском новых процессоров и постепенным увеличением частоты системной шины, стабильность работы памяти типа EDO DRAM стала заметно падать. Ей на смену пришла синхронная память (англ. synchronous DRAM, тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. Также память надёжно работала на более высоких частотах системной шины (100 МГц и выше). Недостатками данного типа памяти являлась его высокая цена, а также его несовместимость со многими чипсетами и материнскими платами в силу своих новых конструктивных особенностей. Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66 МГц, 100 МГц или 133 МГц, время полного доступа — 40 нс и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 нс и 7,5 нс.

Пакетная EDO RAM

Пакетная память EDO RAM (англ. burst extended data output DRAM, BEDO DRAM) стала дешёвой альтернативой памяти типа SDRAM. Основанная на памяти EDO DRAM, её ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало её работу быстрее, чем у памяти типа SDRAM. Однако невозможность работать на частоте системной шины более 66 МГц не позволила данному типу памяти стать популярным.

Video RAM

Cпециальный тип оперативной памяти Video RAM (видеоплатах. Он позволял обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления изображения, что было необходимо для реализации изображений высокого качества. На основе памяти типа VRAM, появилась спецификация памяти типа Windows RAM (операционными системами семейства Windows. Её производительность стала на 25 % выше, чем у оригинальной памяти типа SDRAM, благодаря некоторым техническим изменениям.

DDR SDRAM

По сравнению с обычной памятью типа SDRAM, в памяти SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных (англ. double data rate SDRAM, DDR SDRAM или SDRAM II) была вдвое увеличена пропускная способность. Первоначально память такого типа применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка DDR SDRAM со стороны чипсетов. Она работает на частотах в 100 МГц и 133 МГц, её время полного доступа — 30 нс и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5 нс и 3,75 нс.

Direct RDRAM, или Direct Rambus DRAM

Тип памяти Rambus. Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. Первоначальная очень высокая стоимость памяти RDRAM привела к тому, что производители мощных компьютеров предпочли менее производительную, зато более дешёвую память DDR SDRAM. Рабочие частоты памяти — 400 МГц, 600 МГц и 800 МГц, время полного доступа — до 30 нс, время рабочего цикла — до 2,5 нс.

DDR2 SDRAM

Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. Память может работать на частотах в 200 МГц, 266 МГц, 333 МГц и 400 МГц. Время полного доступа — 25 нс, 11,25 нс, 9 нс, 7,5 нс. Время рабочего цикла — 5 нс, 3,75 нс, 3 нс, 3,5 нс.

Корпуса

Различные корпуса DRAM. Сверху вниз: DIP, SIP, SIMM (30-контактный), SIMM (72-контактный), DIMM (168-контактный), DIMM (184-контактный, DDR)

Элементы памяти типа DRAM конструктивно выполняют либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа SIP (Single In-Line Package), DIMM (Dual In-line Memory Module), RIMM (Rambus In-line Memory Module). Микросхемы в корпусах типа DIP выпускались до использования модулей памяти. Эти микросхемы имеют два ряда контактов, расположенных вдоль длинных сторон чипа и загнутых вниз.

Модули SIP

Модули типа SIP представляют собой прямоугольные платы с контактами в виде маленьких штырьков. Этот тип памяти в настоящее время практически не используется, так как был вытеснен модулями памяти типа SIMM.

Модули SIMM

Модули типа SIMM представляют собой прямоугольную плату с контактной полосой вдоль одной из сторон, модули фиксируются в разъёме поворотом с помощью защёлок. Наиболее распространены 30- и 72-контактные SIMM. Широкое распространение нашли SIMM на 4, 8, 16, 32 и даже 64 Мбайт.

Модули DIMM

Модули типа DIMM наиболее распространены в виде 168-контактных модулей, устанавливаемых в разъём вертикально и фиксируемых защёлками. В портативных устройствах широко применяются SO DIMM — разновидность DIMM малого размера (англ. SO — small outline), они предназначены в первую очередь для портативных компьютеров. Наиболее часто встречаются 72- и 144-контактные модули типа SO DIMM. Память типа DDR SDRAM выпускается в виде 184-контактных DIMM-модулей, а для памяти типа DDR2 SDRAM выпускаются 240-контактные модули.

Модули RIMM

Модули типа RIMM менее распространены, в таких модулях выпускается память типа Direct RDRAM. Они представлены 168/184-контактными^[1] прямоугольными платами, которые обязательно должны устанавливаться только в парах, а пустые разъёмы на материнской плате занимаются специальными заглушками. Это связано с особенностями конструкции таких модулей. Так же существуют модули 232-pin PC1066 RDRAM RIMM 4200, не совместимые с 184-контактными разъёмами.

Производители

В пятёрку крупнейших производителей DRAM по итогам первого квартала 2008 года вошли Samsung, Hynix, Elpida, Micron, Qimonda. Samsung занял 27 % рынка. Однако лидером по объёму производства готовых DRAM-модулей является американская Kingston.^[2]

Примечания

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation.
2010.

Лекция 8. Динамическая организация данных — Программирование на языке С

Понятие дерева

Дерево (англ. Tree) — иерархическая структура данных, состоящая из узлов, расположенных на уровнях и соединённых ветвями

Основное преимущество дерева перед списком: скорость доступа к информации.

Если в списке доступ осуществляется в среднем за \(O(N)\) , то в бинарном дереве: \(O(log_2(N))\)

Задача: Проверить наличие среди сотрудников человека по фамилии Задорожный.

Для того чтобы установить отсутствие человека с этой фамилией в БД сотрудников необходимо проверить 3 элемента, а не 7, как в случае списка

Древовидная структура характеризуется множеством узлов, происходящих из единственного начального узла, называемого корнем. Сыновья узла и сыновья сыновей называются потомками узла, а родители и прародители — предками. Каждый некорневой узел имеет только одного родителя и каждый родитель имеет 0 и более сыновей. Узел, не имеющий детей, называется листом.

Каждый узел дерева является корнем поддерева, которое определяется данным узлом и всеми потомками этого узла.

Прохождение от родительского узла к его дочернему узлу и к другим потомкам осуществляется вдоль пути. Тот факт, что каждый некорневой узел имеет единственного родителя, гарантирует, что существует единственный путь из любого узла к его потомкам. Путь от корня к узлу дает меру, называемому уровнем узла. Уровень есть длина пути от корня к этому узлу.

Глубина дерева есть максимальный уровень любого его узла или длина самого длинного пути от корня до узла.

Для дерева, изображённого на рисунке:

• A — корневой узел (нулевой уровень).
• B,C — потомки первого уровня.
• D,E — потомки второго уровня.
• B,D,E — листы.
• Глубина дерева — 2.

C — Распределение динамической памяти — Начало работы — Программирование на C — DYclassroom

В этом руководстве мы узнаем о динамическом распределении памяти в языке программирования C.

Мы узнали о массивах в учебнике по массивам. Итак, мы знаем, что для создания массива мы должны указать количество элементов в массиве до компиляции кода.

  int arr [10];
  

Если мы не укажем размер, то при компиляции кода мы получим ошибку.

Следующий код вызовет ошибку во время компиляции.

  int arr []; // это вызовет ошибку
  

Кроме того, мы будем тратить память, если размер массива будет слишком большим по сравнению с количеством сохраненных данных.

И мы также столкнемся с проблемой, если размер массива будет меньше количества данных, которые нужно сохранить.

Это когда динамическое распределение памяти входит в картину, поскольку оно позволяет нам выделять память во время выполнения.

Функции, используемые для динамического выделения памяти

Ниже приведены функции, которые мы используем, когда хотим динамически распределять память.

Область памяти

Следующее изображение представляет область памяти.

Все программные инструкции, глобальные и статические переменные хранятся в области памяти, называемой областью постоянной памяти .

Локальные переменные хранятся в области памяти, называемой стеком .

Свободная область памяти между областью постоянного хранения и стеком называется кучей .Это область, доступная для динамического распределения во время выполнения программы.

Размер кучи постоянно меняется во время выполнения программы из-за создания и удаления переменных, локальных для функций и блоков.

Итак, распространенная проблема, с которой мы можем столкнуться, — это переполнение памяти во время динамического выделения памяти.

Вышеупомянутые функции распределения памяти возвращают NULL , когда недостаточно места в памяти для распределения.

Использование модели владения указателем для безопасного управления памятью в C и C ++

В этом сообщении в блоге описывается исследовательская инициатива, направленная на устранение уязвимостей, возникающих из-за проблем с управлением памятью в C и C ++. Проблемы с памятью в C и C ++ могут привести к серьезным уязвимостям программного обеспечения, включая трудности с исправлением ошибок, проблемы с производительностью, сбои программы (включая определение нулевого указателя и ошибки нехватки памяти) и удаленное выполнение кода.

Возможность использования проблем управления памятью в C и C ++ (включая уязвимости double-free) была впервые продемонстрирована в 2000 году специалистом по безопасности Solar Designer. Еще до того, как Solar Designer написал сообщение в блоге, демонстрирующее эту технику эксплойтов, проблемы управления памятью были широко признаны в сообществе программистов C с момента первоначальной стандартизации C в 1989 году. Этого исключения можно достичь путем разработки и реализации модели владения для динамически выделенная память.

Проблема

Когда программа начинает выполнение, ей предоставляется область памяти, называемая стеком времени выполнения. Этот стек увеличивается и уменьшается в течение срока службы программы; он содержит память, которая, по мнению компилятора, потребуется программе. Но некоторым программам требуется память, которую компилятор не может измерить, обычно потому, что необходимый объем памяти будет известен только программе при ее запуске. Этот тип памяти обычно управляется как куча, в которой хранится память, динамически выделяемая и освобождаемая программой.

Когда разработчикам программного обеспечения необходимо написать код, запрашивающий больше памяти, они используют указатель для ссылки на новую память, выделенную из кучи. Этот указатель становится для разработчиков ссылкой на эту память, и разработчики могут использовать его для копирования ее содержимого или выполнения любых задач, которые они могли бы выполнять с другими данными. После этого разработчик может освободить память (т.е. вернуть ее в кучу платформы). После освобождения памяти программа больше не использует память и не должна пытаться читать или записывать в нее.

Этот обмен памятью между платформой и программой работает хорошо, пока программа остается в пределах блоков памяти, предоставляемых платформой. К сожалению, программы часто запрашивают сотни блоков памяти. Отслеживание этих блоков памяти может стать серьезной задачей с катастрофическими последствиями, если разработчик допустит ошибку.

Переполнение буфера — это распространенная ошибка программирования, при которой программа выполняет запись в объект (обычно в строку), но программа выходит за пределы памяти, выделенной объекту, и перезаписывает соседнюю память.Переполнение буфера, происходящее в куче, обычно не так просто использовать, как переполнение буфера в стеке. Однако, как показал Solar Designer в своем сообщении в блоге, они могут широко использоваться.

Некоторые программисты совершают ошибку, дважды освобождая память (ошибки двойного освобождения) или никогда не освобождая ее вообще. Программы, дважды освобождающие память, использовались как в лабораторных условиях, так и в реальных условиях. Отказ освободить память не может быть особенно опасным, но долго работающие программы, которые не могут освободить память, часто будут продолжать запрашивать память до тех пор, пока доступная память не будет исчерпана.Исчерпание памяти может привести к сбою этих программ, а также любых других программ на той же платформе, когда их последующие запросы на дополнительную память будут отклонены.

Большинство современных языков программирования (например, Java, C # и Python) предотвращают эти проблемы, ограничивая использование указателей. Хотя это может обеспечить безопасность памяти, это также устраняет основной источник мощности и гибкости этих языков программирования. Разработчики, которым требуется строгий контроль над управлением памятью, должны использовать C и C ++, несмотря на ошибки управления памятью, которые часто беспокоят программистов, которые используют эти языки, не проявляя особой осторожности при правильном освобождении своих указателей.

Модель владения указателем

Язык C имеет довольно простой набор системных вызовов для управления памятью. Если вам нужна память от платформы, вы должны использовать системный вызов malloc () . И наоборот, если вы хотите освободить блок памяти обратно в систему, вы должны использовать системный вызов free () . В C ++ есть аналогичные механизмы для выделения и освобождения динамической памяти с помощью операторов new и delete .

Перед каждой программой стоит сложная задача — отслеживать выделенные указатели и освобождать каждый указатель ровно один раз.Из уважения к проблемам с управлением памятью некоторые разработчики пишут свой собственный интерфейс прикладного программирования (API) для управления памятью — обычно в виде оболочек вокруг malloc () и free () . Развитие этих API привело к появлению нескольких хорошо известных методов управления памятью, таких как подсчет ссылок или сборка мусора, для отслеживания использования динамической памяти. Многие более крупные программы, такие как Firefox, используют одну или несколько таких систем для отслеживания указателей, которые необходимо освободить.

Однако многие другие программы не предоставляют систематической схемы для отслеживания выделенных указателей и, следовательно, полагают, что программист «понял все правильно». Наш подход, называемый моделью владения указателем, применим к программам, не имеющим собственной схемы управления памятью.

Модель владения указателем призвана помочь разработчикам программного обеспечения отличать указатели, которые необходимо освободить, от указателей, которые этого не делают. Этого можно добиться, используя статический анализ и аннотации разработчиков, чтобы обеспечить надежные гарантии безопасности.Модель владения указателями разделяет указатели в программе на «ответственные» указатели и «безответственные». В конце концов, ответственный указатель должен быть освобожден, а безответственный указатель не должен освобождаться.

Теория, лежащая в основе нашего исследования, заключается в том, что в рамках программы, если все указатели разделены на ответственные указатели и безответственные указатели, эта программа может быть автоматически проверена, чтобы гарантировать, что каждый ответственный указатель будет освобожден, а каждый безответственный указатель никогда не будет освобожден.Эту проверку можно выполнить во время компиляции, так что программу не нужно запускать.

Наш подход включает

• разработка и реализация модели владения динамически выделяемой памятью
• выполнение надежного статического анализа согласованности существующего исходного кода C и аннотаций
• оценка эффективности путем анализа существующих программ с открытым исходным кодом с известными и скрытыми ошибками

Требуется

• измерительных аннотаций на тысячу строк исходного кода (KSLOC)

Для реализации нашей модели владения указателем мы создаем две программы: советник и верификатор .Советник берет файл с исходным кодом C и строит модель владения указателями, используемыми кодом. Другими словами, советник исследует код и определяет, какие указатели ответственны, а какие нет. Если советник не может определить статус ответственности указателя, он спросит пользователя. После завершения модели проверяющий может взять модель и исходный код и указать, соответствует ли код модели. Если код не соответствует модели, будет выдано сообщение об ошибке.Это может произойти, например, если ответственный указатель выходит за пределы области видимости, но никогда не освобождается.

Сопутствующие работы

Управление памятью — старая проблема, и существует множество инструментов, как бесплатных, так и проприетарных, чтобы помочь программистам решить ее. Большинство инструментов отладчика памяти используют динамический анализ. Они контролируют выполнение программы, отслеживая использование ею кучи, и генерируют сообщения об ошибках, если обнаруживают ошибки памяти. Valgrind — один из популярных отладчиков динамической памяти для систем Linux.Эти инструменты точно сообщают об ошибках; однако они снижают производительность при выполнении программы и поэтому не могут использоваться в производственном коде.

Некоторые отладчики используют статический анализ, который не требует запуска программы. Вместо этого они анализируют исходный код программы. Поскольку отладчики не наблюдают за работающей программой, они могут только теоретически предполагать, какие ошибки могут произойти, поэтому они могут страдать от ложных срабатываний (сообщение об ошибке в фрагменте кода, где нет ошибки) и ложноотрицательных результатов (неспособность сообщить об ошибке). правда ошибка в коде).Ложноположительный результат требует, чтобы разработчик проверил код и убедился, что он не нуждается в изменениях, но ложноотрицательный результат может заставить анализатор объявить код свободным от ошибок, когда это не так. Ложноотрицательные результаты считаются гораздо более серьезной проблемой, чем ложные срабатывания, и многие инструменты статического анализа ошибаются, сводя к минимуму ложноотрицательные результаты при выдаче большого количества ложных срабатываний. И Coverity, и Fortify создают коммерческие инструменты статического анализа, а Splint — это бесплатный инструмент статического анализа.

Модель владения указателем использует статический анализ, но, в отличие от традиционных инструментов статического анализа, требует дополнительной семантической информации, не предоставляемой традиционным исходным кодом C.Модель владения указателем просто должна знать, какие указатели являются ответственными, а какие — безответственными. Программист должен предоставить эту информацию, хотя большую часть работы должна выполнять программа-консультант. Эта семантическая информация означает, что модель владения указателем не будет подвергаться ложным срабатываниям или ложным отрицаниям. Сообщения об ошибках, которые он генерирует, будут надежными, и он не пропустит нарушения своей модели. И поскольку он не использует динамический анализ, он не налагает штрафов во время выполнения.

Сотрудничество

Чтобы создать программу проверки, я сотрудничаю с Лутцем Враге, исследователем из отдела программных решений SEI. Лутц создает прототип модели, используя платформу C Intermediate Language (CIL). Программа, которую мы создаем, является проектом с открытым исходным кодом, и она должна содержать синтаксический анализатор языка C, который может построить промежуточное представление программы C. По сути, это первый шаг, выполняемый компилятором. Но наша цель — не построить компилятор; вместо этого нужно провести углубленный анализ программы C, чтобы обеспечить соблюдение нашей модели.

Влияние на DoD

Программа проверки, которую мы разрабатываем, позволит Министерству обороны (DoD) расширить свои возможности с помощью надежного безопасного компилятора C. Это также повлияет на стандарты языка C и разработку коммерческих компиляторов. Мы также надеемся, что верификатор предоставит подрядчикам DoD и DoD безопасную технологию компиляции.

Учет второстепенных случаев и других проблем

При таком подходе возникает несколько проблем.Одна из проблем заключается в разработке достаточно своевременного подхода, преимущества которого перевешивают усилия программиста. Исследование также должно продемонстрировать низкие затраты на аннотации и низкие накладные расходы времени выполнения.

Одна из самых сложных проблем при создании любой программы — это крайние случаи, которые в данном случае будут действительным кодом, который мы не учли. Язык C сложен и содержит конструкции, которые расстроят нашу модель. Например, наша текущая модель не обрабатывает массивы ответственных указателей, поэтому мы запрещаем их использование и требуем, чтобы все указатели в массиве указателей были безответственными.Запрет на использование массивов ответственных указателей сохраняет модель непротиворечивой и простой, но значительно ограничивает ее удобство использования. Поэтому будущая цель этого исследования — расширить нашу модель для обработки массивов ответственных указателей.

У нас есть несколько небольших примеров кода, которые мы можем запустить с помощью нашего верификатора модели, как только мы его построим. Некоторые из этих примеров кода соответствуют согласованной модели, а другие намеренно нарушают ее. Проверяющий должен выдать сообщение об ошибке при передаче одного из этих несоответствующих примеров.В конечном итоге мы хотим протестировать верификатор на более крупной программе, чтобы понять истинное влияние крайних случаев на наши исследования.

Другой проблемой будет переход нашей реализации от работы с игрушечными примерами кода к реальному коду. Следовательно, одна из целей нашего исследования — изучить программное обеспечение с открытым исходным кодом, чтобы выяснить, какие проекты используют собственную модель управления памятью, а какие нет. Примером последнего может быть подходящий тестовый пример для модели владения указателем.

Будущие исследования

Наши текущие исследования показывают, что наша модель владения указателем может быть применена к программам на C, которые еще не предоставляют свою собственную модель владения. Мы можем расширить нашу модель несколькими способами, в том числе

• обработка массивов ответственных указателей
• обработка программ на C ++

Это будет предметом будущих исследований.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о работе группы безопасного кодирования CERT посетите сайт
https: // www.sei.cmu.edu/research-capabilities/all-work/display.cfm?customel_datapageid_4050=21274.

Распределение динамической памяти в C — malloc (), calloc (), realloc () и free ()

Предположим, у нас есть массив длиной 5 с именем a, показанный ниже

Теперь длина массива (5) фиксирована здесь. Но что, если нам нужно изменить размер массива в зависимости от обстоятельств? Это ведь невозможно?

Здесь возникает идея динамического распределения памяти, при которой мы можем изменять размер массива, показанного выше, в соответствии с нашими потребностями и в любое время.

В случае статического распределения памяти есть некоторые недостатки, такие как бесполезная трата памяти, меньшая гибкость, постоянное распределение переменных и т. Д. Для преодоления этих ситуаций была введена концепция динамического распределения памяти. При динамическом распределении памяти память может распределяться динамически во время выполнения.

Итак, мы можем сказать, что процедура выделения памяти, в которой размер некоторых конкретных структур данных может быть изменена во время выполнения, называется Dynamic Memory Allocation (DMA).

Для использования динамического распределения памяти на языке C нам необходимо включить в наш код заголовочный файл стандартной библиотеки ( stdlib.h ).

Преимущества прямого доступа к памяти?

1. Переменные размещаются до тех пор, пока программный модуль не станет неактивным.

2. В отличие от статического выделения памяти, выделение памяти может выполняться во время выполнения программы (во время выполнения).

3. Это более эффективно, чем статическое распределение памяти.

4. Существует гибкость в повторном использовании памяти, при необходимости память также может быть освобождена.

Есть 4 библиотечные функции, которые описаны в stdlib.h :

1. malloc ()
2. calloc ()
3. realloc ()
4. free ()

Давайте подробнее рассмотрим их. .

1. malloc () : Для динамического распределения памяти мы используем функцию, которая называется функцией malloc (). Функция malloc () в случае успеха возвращает базовый адрес выделенной памяти, в случае ошибки она возвращает нулевое значение… ( Подробнее )

2. calloc () : Для динамического распределения памяти мы также используем функцию, которая называется функцией calloc (). Функция calloc () в случае успеха возвращает базовый адрес массива, и каждая ячейка памяти будет инициализирована значением 0… ( Подробнее )

3. realloc () : во время выделения памяти с помощью calloc ( ) или malloc (), возможно, памяти слишком много или недостаточно. По этой причине нам необходимо перераспределить память во время выполнения… ( Подробнее )

4. free () : метод free () в C используется для динамического освобождения памяти . Это помогает уменьшить потери памяти, освобождая ее… ( Подробнее )

Следуйте за нами

Вы пропустили

• LnT Recruitment Drive 2021 | Инженер-программист | Codewindow.in 27 августа 2021 г.
• BNY Mellon Off Campus Drive 2021 | Разработчик программного обеспечения | Codewindow.in 26 августа 2021 г.
• Amdocs Off Campus Recruitment Drive 2021 | Ассоциированный выпускник программной инженерии | Окно кода.in 26 августа 2021 г.
• Wipro Elite NTH 2022 Наем | Codewindow.in 25 августа 2021 г.
• IBM Off Campus Recruitment Drive | Младший инженер-программист | Codewindow.in 23 августа 2021 г.
• Постоянное собеседование II | Codewindow.in 23 августа 2021 г.
• Кодирование на Java для интервью 22 августа 2021 г.
• ZOHO Наем вне кампуса | Frontend-разработчик | Codewindow.in 21 августа 2021 г.
• Защищено: Sticky Notes 20 августа 2021 г.
• Индия Сегодня Рекрутинговая кампания | Инженер-программист | Окно кода.in 6 августа 2021 г.
• Вопросы для собеседования по Python | Взломать с помощью CodeWindow | Codewindow.in 6 августа 2021 г.
• Опыт собеседования с ниндзя TCS 5 августа 2021 г.
• Наем сотрудников вне кампуса Cisco 2022 | Инженер-программист | Codewindow.in 4 августа 2021 г.
• Cognizant Off Campus Drive 2021 | Программист-аналитик | Codewindow.in | 1 августа 2021 г.
• Amdocs Off Campus Drive 2021 | Разработчик программного обеспечения | Окно кода.в 31 июля 2021 г.
• Accenture Hiring 31 июля 2021 г.
• IBM Off Campus Drive 2021 | Управленческие данные по развитию и ИИ | Codewindow.in 29 июля 2021 г.
• Microchip Off Campus Наем 2021 | Инженер-программист | Codewindow.in 27 июля 2021 г.
• Genesys Off Campus Hiring Fresher | Инженер-программист | Codewindow.in 27 июля 2021 г.
• Zoho Наем вне кампуса 2021 | Разработчик программного обеспечения | Codewindow.in 26 июля 2021 г.
• Зарегистрируйтесь для приема на работу ниндзя TCS 26 июля 2021 г.
• Наем сотрудников вне кампуса в Microsoft | Инженер-программист | Полный рабочий день | Окно кода.in 23 июля 2021 г.
• GlobalLogic Recruitment Drive | Младший аналитик | Codewindow.in 22 июля 2021 г.
• Atos Syntel Наем вне кампуса | Инженер-программист | Codewindow.in 21 июля 2021 г.
• Массив JAVA 21 июля 2021 г.
• Adobe Off Campus Recruitment Drive | Инженер по качеству программного обеспечения | Codewindow.in 21 июля 2021 г.
• Программа набора персонала JPMorgan Chase and Co. | Инженер-программист | Codewindow.in 20 июля 2021 г.
• Программа Mindtree EDGE | Призыв Mindtree по набору персонала | Окно кода.in 20 июля 2021 г.
• Процедуры приема на работу Cognizant 2021 | Познающий гид | Важные новости от Cognizant | Codewindow.in 16 июля 2021 г.
• TCS Ninja Найм для партии 2022 | Codewindow.in 16 июля 2021 г.
• Renault Nissan Technology Найм Драйв | Инженер-стажер | Codewindow.in 15 июля 2021 г.
• Columbus Global Hiring | Системный консультант-стажер | Codewindow.in 14 июля 2021 г.

Также Checkout

Примеры исходного кода для наших учебных модулей

Пример компонентов веб-решения из учебного курса Well House Consultants
Подробнее о компонентах веб-решения [ссылка]

Исходный код: примеры.txt Модуль: A100

Эта страница является только примером — вы запустили сценарий «Пример исходного кода
» на веб-сайте Well House Consultants, но
вы не сказали нам, какой пример вам нужен. Пожалуйста, перейдите по ссылкам
, чтобы найти конкретный пример
, который вы ищете.

Узнать об этом предмете

Книги по этой теме

да. В нашей библиотеке более 700 книг. Книги
Прикрывающее развертывание лампы перечислены здесь, и когда вы выбрали
соответствующую книгу мы свяжем вас с Amazon для заказа.

Другие примеры

Этот пример взят из нашего учебного модуля «Компоненты веб-решения». Вы найдете описание темы и некоторые
другие тесно связанные примеры на индексной странице модуля «Компоненты веб-решения».

Полное описание исходного кода

Вы можете узнать больше об этом примере на учебных курсах, перечисленных на этой странице,
на котором вы получите полный набор обучающих заметок.

Многие другие учебные модули доступны для загрузки (для ограниченного использования) с
наш центр загрузки под
Лицензия Open Training Notes.

Другие ресурсы

• В нашем центре решений есть ряд более длинных технических статей.
• В нашем архиве форумов Opentalk есть центр вопросов и ответов.
• Лошадиный рот дает ежедневный совет или мысль.
• Дополнительные ресурсы доступны через ресурсный центр.
• Все эти ресурсы можно искать с помощью нашей поисковой системы
.
• И здесь есть глобальный индекс.

Назначение этого сайта

Это образец программы, демонстрация класса или ответ от
учебный курс.Это основная цель
заключается в предоставлении послекурсовых услуг клиентам, которые посещали наши
общественное частное или
на сайте курсы, но примеры сделаны
обычно доступны при условиях, описанных ниже.

Автор веб-сайта

Этот веб-сайт написан и поддерживается
Консультанты Well House.

Условия использования

Прошедшие участники наших учебных курсов могут использовать индивидуальные
примеры в процессе их программирования, но необходимо проверить
примеры, которые они используют, чтобы убедиться, что они подходят для их
работа.