11: 動的メモリ確保
Linux にログインし、以下の講義ページ
を開いておくこと
http://www-it.sci.waseda.ac.jp/
teachers/w483692/CPR1/
2014-06-22C プログラミング入門
基幹2 (月4)
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内容
説明
呼び出し元の変数を書き換える 第 9 回
文字列を渡す・配列を渡す
第 10 回
ファイルポインタ
第 10 回
複数の値を返す
今回
大きな領域を確保する
今回
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まとめ：ポインタを使った処理
return は 1 つの値しか返せない
複数返すには、書きこんでもらいたい変数へ
のポインタを渡す
例：int 配列の最大・最小値を計算する
int maximum(const int *a, int n);
int minimum(const int *a, int n);
void
minmax(const int *a, int n,
int *
m,
int *
M);
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複数の値を返す
最大値を書き込むアドレス （変数などへのポインタ） 最小値を書き込むアドレス （変数などへのポインタ） 書き換えるので、 const が つかない 整数の配列の先頭ポインタとその個数 返り値を使って計算 返り値を使わない （使ってもいい）
整数部と小数部を求める関数
double
modf
(double value, double *iptr);
戻り値：value の小数部（符号付き）
iptr の指すメモリ領域：整数部（符号付き）
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標準ライブラリ関数の例
#include <stdio.h> #include <math.h> int main(void) {double ipart, fpart;
fpart = modf(32.5, &ipart);
32 double ipart 変数 ipart のアドレスを渡 すことで、関数 modf は、 ipart の中身を書き換える ことができる 小数部 0.5 は戻り値として返る
通常の変数同様、ポインタ変数も初期化され
ない
しかし、どこかは指している
初期化しないポインタ変数でアクセスすると危険
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ポインタ変数の初期値の注意
{ int *p; *p = 100; p☠
暗黙の初期化はされな いので、どこを指すア ドレスが入っているか は不明。
どのアドレスでもないことを示す特別な値
空ポインタともいう
null ポインタに対してデリファレンス演算子
*
を使うと例外
(null pointer exception)
が発生す
る
null ポインタ定数マクロ
NULL
を使って判定
する
数値リテラル 0 は、 null ポインタに変換さ
れる
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NULL ポインタ
<stddef.h> で定義されているが、 <stdio.h> などで自動的にインクルードされる
以下の場合、 NULL ポインタを入れるとよい
初期化時にアドレスを決定しないもの
今まで使っていたアドレスがもう使われない場合
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NULL ポインタによる安全策
{ int *p = NULL; *p = 100; p☠
NULL ポインタが指す 領域にアクセスすると、 システムが検知して、 例外を発生する ポインタ変数の値（アドレ ス）が NULL ポインタの場 合、斜線を引いて、どこも 指示していないことを表現 することがおおい。
関数内で定義された配列変数は、通常の変数
と同様に関数の実行が終了する際に消滅する
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配列を返す…？
...
unsigned char *createNewImage(void) {
unsigned char img[512*512] = { 0 }; return img;
}
int main(void) {
unsigned char *pImage; ... pImage = createNewImage(); // この後ポインタ pImage を使って // アクセスしてはいけない ... 配列の型を戻り値とする関数 は作れない その代わり、ポインタを返す 返されたポインタ（アドレス）は、す でに意味のある情報を持っていない pImage createNewImage の領域 img この領域は関数の実行後、 消滅してしまう
動的メモリ確保 (dynamic memory
allocation)
変数のような言語機能ではなく、標準ライブ
ラリ関数を使って、直接 OS にメモリ領域を
要求する
確保された領域は自由に使える
変数名はつかないので、ポインタでアクセスする
自動的には消去されないので、自分で解放する
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自動的に消滅しないメモリ領域を作る
malloc() 関数によって指定したバイト数のメ
モリ領域を確保する
確保された領域が置かれているところを
ヒープ
(heap) という
メモリ領域は初期化されない
メモリ不足などで確保が失敗した場合、
NULL ポインタが返る
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動的メモリの確保
#include <stdlib.h>void *malloc(size_t size);
malloc() のプロトタイプ
ヒープ領域
malloc は
void *
型を返す
特定の型を表さない
任意のポインタ型に自動変換できる
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確保されたメモリ領域の値
C++では自動変換されないため、 static_cast が必要 { int *pInt; double *pDouble; pInt = malloc(16); pInt[0] = 100; // double の場合 // pDouble = malloc(16); // pDouble[0] = 3.14; main のスタック領域 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? sizeof(int) == 4, sizeof(double) == 8 の 場合 3.14 100 指し示すアドレスは同じだが、 扱われ方が型によって異なる int *pInt double *pDouble
例： int 型の100個の領域を確保
int *
mem = malloc(sizeof(int) * 100);
mem[0]
～ mem[99] としてアクセス
例：画素値を unsigned char 型として、 w
× h のサイズのメモリ領域を確保
unsigned char *
image =
malloc(sizeof(unsigned char) * w * h);
座標 x, y に対して、 image[x+w*h] としてアク
セス
0 ≤ x < w, 0 ≤ y < h
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サイズの指定
sizeof(unsigned char) は必ず 1 なので、書かなくてもよい
calloc(): malloc() と同じだが、さらにゼロ
で初期化を行う
size × num バイトの領域を確保する
メモリの全てのビットが 0 となるからと言って、
double などの型の値として 0 となるとは限らない
realloc(): 確保された領域のサイズを変更
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動的メモリの確保 (その他)
#include <stdlib.h>void *calloc(size_t num, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t new_size);
確保したメモリへのポインタを指定して、そ
の領域を解放する
解放した領域は使用してはならない
NULL を入れておくと安全。
既に解放済みのポインタに対して実行しては
いけない（2重解放エラー）
NULL ポインタを与えた場合は何もしない
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動的メモリの解放
#include <stdlib.h> void free(void* ptr); free() のプロトタイプ どんな型のポインタも void * に 自動的に変換される
画像のためのメモリを自動的に確保する関数
2014-06-22 C プログラミング入門 基幹2 (月4)
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例題：PGM 画像
...
// 画素値 0 で初期化された画像を動的に作成する
unsigned char *createImage(int width, int height) {
int i;
unsigned char *img = malloc(width * height); if(img == NULL)
{
return NULL; }
for(i = 0; i < width*height; ++i) img[i] = 0; return img; } sizeof(unsigned char) == 1 な ので、掛けるのを省略 メモリ不足の場合は NULL を返す すべてゼロで初期化する
使い終わったら自分で free() する
2014-06-22 C プログラミング入門 基幹2 (月4)16
例題：PGM 画像
... int main(void) {unsigned char *Image = NULL;
...
Image = createImage(640, 480);
...
free(Image), Image = NULL;
ポインタは無効になるので、 NULL ポイン タを代入しておくとよい
malloc() で動的確保した領域を free() で解
放し忘れて、メモリが圧迫されること
単純なプログラムではこの手のバグは見つけ
やすいが、秋期「Cプログラミング」で扱う
複雑なデータ構造では発生しやすく、見つけ
づらいバグとなる。
2014-06-22 C プログラミング入門 基幹2 (月4)17
用語：メモリリーク (memory leak)
メモリに領域を確保して値を読み書きする方
法には４つある
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変数とポインタと動的メモリ確保の整理
分類 生存期間 スコープ メモリ領域 初期化 自動変数 （ローカル変数） 定義位置からブロック終端 まで 定義位置か らブロック 終端まで スタック 初期化が指定されている場 合のみ、ブロックに入るた びに初期化される 大域変数 （グローバル変数） プログラムの実行開始から 終了まで 定義位置か らプログラ ム終了まで 静的領域 プログラム開始時に1度だ け。初期化が指定されない 場合、0 で初期化される 静的変数 （static 変数） プログラムの実行開始から 終了まで 定義位置か らブロック 終端まで 静的領域 同上 動的メモリ 確保から解放 まで ヒープ malloc() はされない calloc() は 0 を書きこむ 変数名で参照しない機能 配列 動的メモリ確保 サイズ 自動変数の場合は、あまり大きなサ イズは確保できない。 ほとんど制限がない 多次元 可能。ただし、関数などに次元やサ イズを伝えられない 単なるポインタなので不可能 コピー 不可能。標準ライブラリ関数を利用 不可能。標準ライブラリ関数を利用 解放 自動変数の場合、ブロックを抜ける と自動的に消滅する free() によって自分で解放する アクセ ス 変数名が先頭へのポインタになる malloc() によって得られるアドレスをポインタ変数に入れて扱う 2014-06-22 C プログラミング入門 基幹2 (月4)
