Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Chương 2: Quản lý bộ nhớ

 Chương 2: 
Quản lý bộ nhớ
Biến: tên biến, vùng nhớ và giá trị biến
• Mỗi biến trong C có tên và giá trị tương ứng. Khi một biến
 được khai báo, một vùng nhớ trong máy tính sẽ được cấp
 phát để lưu giá trị của biến. Kích thước vùng nhớ phu thuộc
 kiểu của biến, ví dụ 4 byte cho kiểu int
 int x = 10;
• Khi lệnh này được thực hiện, trình biên dịch sẽ thiết lập để
 4 byte vùng nhớ này lưu giá trị 10. 
• Phép toán & trả về địa chỉ của x, nghĩa là địa chỉ của ô nhớ
 đầu tiên trong vùng nhớ lưu trữ giá trị của x.
 2
Biến: tên biến, vùng nhớ và giá trị biến
• Mỗi biến trong C có tên và giá trị tương ứng. Khi một biến
 được khai báo, một vùng nhớ trong máy tính sẽ được cấp
 phát để lưu giá trị của biến. Kích thước vùng nhớ phu thuộc
 kiểu của biến, ví dụ 4 byte cho kiểu int
 int x = 10;
• Khi lệnh này được thực hiện, trình biên dịch sẽ thiết lập để
 4 byte vùng nhớ này lưu giá trị 10. 
• Phép toán & trả về địa chỉ của x, nghĩa là địa chỉ của ô nhớ
 đầu tiên trong vùng nhớ lưu trữ giá trị của x.
 3
 Biến: tên biến, vùng nhớ và giá trị biến
Tên biến x 
tham chiếu đến vị trí vùng 65329 Giá trị được lưu trong
nhớ vùng nhớ
 10
Địa chỉ của vị trí vùng nhớ
 65325
 65324
 • int x = 10;
 • x biểu diễn tên biến
 (e.g. an assigned name for a memory location )
 • &x biểu diễn địa chỉ ô nhớ đầu tiền thuộc vùng nhớ
 của x, tức là 65325
 • *(&x) or x biểu diễn giá trị được lưu trong vùng nhớ
 của x, tức là 10
 4
Chương trình ví dụ
#include
int main() {
 int x = 10;
 printf("Value of x is %d\n",x);
 printf("Address of x in Hex is %p\n",&x);
 printf("Address of x in decimal is 
 %lu\n",&x);
 printf("Value at address of x is 
 %d\n",*(&x));
 return 0;
}
Value of x is 10
Address of x in Hex is 0061FF0C
Address of x in decimal is 6422284
Value at address of x is 10 5
Khái niệm con trỏ
• Con trỏ là một biến chứa địa chỉ vùng nhớ của một
 biến khác. 
• Cú pháp chung khai báo biến con trỏ
 data_type* ptr_name; 
• Ký hiệu '*’ thông báo cho trình biên dịch rằng
 ptr_name là một biến con trỏ và data_type chỉ định
 rằng con trỏ này sẽ trỏ tới địa chỉ vùng nhớ của một
 biến kiểu data_type. 
 6
Tham chiếu ngược (dereference) biến con trỏ
▪ Chúng ta có thể “tham chiếu ngược" một con trỏ, nghĩa
 là lấy giá trị của biến mà con trỏ đang trỏ vào bằng
 cách dùng pháp toán ‘*’, chẳng hạn *ptr.
▪ Do đó, *ptr có giá trị 10, vì 10 đang là giá trị của x.
 7
Ví dụ con trỏ
int x = 10;
int *p = &x; 
Nếu con trỏ p giữ địa chỉ của biến a, ta nói p trỏ tới biến
a
*p biểu diễn giá trị lưu tại địa chỉ p
*p được gọi là “tham chiếu ngược” của con trỏ p
• Con trỏ được dùng để lấy địa chỉ của biến nó trỏ vào, 
 đồng thời cũng có thể lấy giá trị của biến đó
 8
Con trỏ
int x = 10; 
int *ptr;
ptr = &x;
 65329
 10
 65325
 Tên biến x
 65324
 65325 *ptr
 Tên biến con trỏ ptr 65320
 9
 Biến và con trỏ
 65329
Biến Con trỏ
int x = 10; 10 int *p; p được khai báo là con trỏ int
&x biểu diễn địa chỉ của x 10 p = &a; p giữ giá trị địa chỉ a, i.e.65325 
x biểu diễn giá trị lưu tại địa *p biểu diễn giá trị lưu tại p, ie.10
chỉ &x 65325 int b = *p; b có giá trị 10. 
 65324 *p = 20; a có giá trị 20. 
 int *p; 
 *p = 10; // this is not correct. 
 10
Ví dụ con trỏ
#include
int main() {
 int x = 10;
 int *ptr;
 ptr = &x;
 printf("Value of x is %d\n", x);
 printf("Address of x is %lu\n", (unsigned long int) &x);
 printf("Value of pointer ptr is %lu\n", (unsigned long int) 
 ptr);
 printf("Address of pointer ptr is %lu\n", (unsigned long int) 
 &ptr);
 printf("Ptr pointing value is %d\n",*ptr);
 return 0;
 Value of x is 10
}
 Address of x is 6422284
 Value of pointer ptr is 6422284
 Address of pointer ptr is 6422280
 Ptr pointing value is 10 11
Các phép toán trên con trỏ
 • Cộng hoặc trừ với 1 số nguyên n trả về 1 con trỏ 
 cùng kiểu, là địa chỉ mới trỏ tới 1 đối tượng khác 
 nằm cách đối tượng đang bị trỏ n phần tử 
 • Trừ 2 con trỏ cho ta khoảng cách (số phần tử) 
 giữa 2 con trỏ 
 • KHÔNG có phép cộng, nhân, chia 2 con trỏ 
 • Có thể dùng các phép gán, so sánh các con trỏ 
 ▫ Chú ý đến sự tương thích về kiểu.
 12
Ví dụ
char *pchar; short *pshort; long *plong; 
pchar ++; pshort ++; plong ++; 
Giả sử các địa chỉ ban đầu tương ứng của 3 con 
trỏ là 100, 200 và 300, kết quả ta có các giá trị 
101, 202 và 304 tương ứng 
Nếu viết tiếp 
plong += 5; => plong = 324 
pchar -=10; => pchar = 91 
pshort +=5; => pshort = 212
 13
Chú ý
 ++ và -- có độ ưu tiên cao hơn * nên *p++ 
 tương đương với *(p++) tức là tăng địa chỉ mà 
 nó trỏ tới chứ không phải tăng giá trị mà nó chứa.
 *p++ = *q++ sẽ tương đương với 
 *p = *q; 
 p=p+1; 
 q=q+1; 
 14
Con trỏ *void
• Là con trỏ không định kiểu. Nó có thể trỏ 
 tới bất kì một loại biến nào. 
• Thực chất một con trỏ void chỉ chứa 
 một địa chỉ bộ nhớ mà không biết rằng 
 tại địa chỉ đó có đối tượng kiểu dữ liệu gì. 
 Do đó không thể truy cập nội dung của 
 một đối tượng thông qua con trỏ void. 
• Để truy cập được đối tượng thì trước hết 
 phải ép kiểu biến trỏ void thành biến trỏ 
 có định kiểu của kiểu đối tượng
 15
Con trỏ *void
float x; int y; 
void *p; // khai báo con trỏ void 
p = &x; // p chứa địa chỉ số thực x 
*p = 2.5; // báo lỗi vì p là con trỏ void 
/* cần phải ép kiểu con trỏ void trước khi 
truy cập đối tượng qua con trỏ */
*((float*)p) = 2.5; // x = 2.5 
p = &y; // p chứa địa chỉ số nguyên y 
*((int*)p) = 2; // y = 2 
 16
Con trỏ và mảng
• Giả sử ta có int a[30]; thì &a[0] là
 địa chỉ phần tử đầu tiên của mảng đó, 
 đồng thời là địa chỉ của mảng. 
• Trong C, tên của mảng chính là một hằng
 địa chỉ bằng địa chỉ của phần tử đầu tiên
 của mảng
 a = &a[0]; 
 a+i = &a[i];
 17
Con trỏ và mảng
Tuy vậy cần chú ý rằng a là 1 hằng nên
không thể dùng nó trong câu lệnh gán hay 
toán tử tăng, giảm như a++; 
• Xét con trỏ: int *pa; 
 pa = &a[0]; 
Khi đó pa trỏ vào phần tử thứ nhất của 
mảng và 
pa +1 sẽ trỏ vào phần tử thứ 2 của mảng
*(pa+i) sẽ là nội dung của a[i]
 18
Con trỏ và xâu
• Ta có char tinhthanh[30] =“Da Lat”; 
• Tương đương : 
 char *tinhthanh; 
 tinhthanh=“Da lat”; 
 Hoặc: char *tinhthanh =“Da lat”; 
• Ngoài ra các thao tác trên xâu cũng tương tự 
 như trên mảng 
 *(tinhthanh+3) = “l” 
• Chú ý : với xâu thường thì không thể gán trực 
 tiếp như dòng thứ 3
 19
Mảng các con trỏ
• Con trỏ cũng là một loại dữ liệu nên ta có thể 
 tạo một mảng các phần tử là con trỏ theo dạng 
 thức. 
 *[số phần tử]; 
Ví dụ: char *ds[10]; 
 ▫ ds là 1 mảng gồm 10 phần tử, mỗi phần tử là 
 1 con trỏ kiểu char, được dùng để lưu trữ được 
 của 10 xâu ký tự nào đó 
• Cũng có thẻ khởi tạo trực tiếp các giá trị khi 
 khai báo 
 char * ma[10] = {“mot”,”hai”,”ba”...};
 20
Mảng các con trỏ
• Một ưu điểm khác của mảng trỏ là ta có thể 
 hoán chuyển các đối tượng (mảng con, cấu 
 trúc..) được trỏ bởi con trỏ này bằng cách 
 hoán đổi các con trỏ 
• Ưu điểm tiếp theo là việc truyền tham số trong 
 hàm 
• Ví dụ: Vào danh sách lớp theo họ và tên, sau 
 đó sắp xếp để in ra theo thứ tự ABC.
 21
Mảng các con trỏ
 22
Con trỏ trỏ tới con trỏ
• Bản thân con trỏ cũng là một biến, vì vậy nó cũng có địa chỉ
 và có thể dùng một con trỏ khác để trỏ tới địa chỉ đó. 
 ** ; 
• Ví dụ:
 int x = 12; 
 int *p1 = &x; 
 int **p2 = &p1; 
• Có thể mô tả một mảng 2 chiều qua con trỏ của con trỏ theo
 công thức : 
 M[i][k] = *(*(M+i)+k) 
Trong đó: 
 ▫ M+i là địa chỉ của phần tử thứ i của mảng
 ▫ *(M+i) cho nội dung phần tử trên
 ▫ *(M+i)+k là địa chỉ phần tử [i][k]
 23
Con trỏ trỏ tới con trỏ
Ví dụ: in ra một ma trận vuông và cộng mỗi phần tử của
ma trận với 10 
 24
Quản lý bộ nhớ - Bộ nhớ động
• Cho đến lúc này ta chỉ dùng bộ nhớ tĩnh: tức là 
 khai báo mảng, biến và các đối tượng khác 
 một cách tường minh trước khi thực hiện 
 chương trình. 
• Trong thực tế nhiều khi ta không thể xác định 
 trước được kích thước bộ nhớ cần thiết để làm 
 việc, và phải trả giá bằng việc khai báo dự trữ 
 quá lớn 
• Nhiều đối tượng có kích thước thay đổi linh 
 hoạt
 25
Quản lý bộ nhớ - Bộ nhớ động
• Việc dùng bộ nhớ động cho phép xác định bộ 
 nhớ cần thiết trong quá trình thực hiện của 
 chương trình, đồng thời giải phóng chúng khi 
 không còn cần đến để dùng bộ nhớ cho việc 
 khác 
• Trong C ta dùng các hàm malloc, calloc, 
 realloc và free để xin cấp phát, tái cấp phát 
 và giải phóng bộ nhớ. 
• Trong C++ ta dùng new và delete
 26
Cấp phát bộ nhớ động
• Cú pháp xin cấp phát bộ nhớ: 
 = new ;
hoặc 
 = new [số phần tử];
dòng trên xin cấp phát một vùng nhớ cho một biến 
đơn, còn dòng dưới cho một mảng các phần tử có 
cùng kiểu với kiểu dữ liệu. 
• Giải phóng bộ nhớ 
delete ptr; // xóa 1 biến đơn 
delete [] ptr; // xóa 1 biến mảng
 27
Cấp phát bộ nhớ động
• Bộ nhớ động được quản lý bởi hệ điều hành, được 
 chia sẻ giữa hàng loạt các ứng dụng, vì vậy có thể 
 không đủ bộ nhớ. Khi đó toán tử new sẽ trả về con 
 trỏ NULL
• Ví dụ: 
int *ptr; ptr = new int [200]; 
if (ptr == NULL) { 
 // thông báo lỗi và xử lý
}
 28
Ví dụ
 29
Bộ nhớ động cho mảng 2 chiều
• Cách 1: Biểu diễn mảng 2 chiều thành mảng 1 chiều
• Gọi X là mảng hai chiều có kích thước m dòng và n 
 cột. A là mảng một chiều tương ứng, khi đó
 X[i][j] = A[i*n+j]
 30
Bộ nhớ động cho mảng 2 chiều
• Cách 2: Dùng con trỏ của con trỏ
• Ví dụ: Với mảng số nguyên 2 chiều có kích thước là R * C 
 ta khai báo như sau: 
int **mt; 
mt = new int *[R]; 
int *temp = new int[R*C]; 
for (i=0; i< R; ++i) { 
 mt[i] = temp; 
 temp += C; 
} 
• Để giải phóng: 
delete [] mt[0]; 
delete [] mt;
 31
Bộ nhớ động cho mảng 2 chiều
• Ví dụ khác để cấp phát động cho mảng hai chiều chứa
 các số thực float
 32