КУРСОВАЯ  РАБОТА

По дисциплине: «ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ»

ТЕМА: «Указатель и динамическая память в Турбо  Паскаль» 
 
 

Выполнила: 

Проверил: 
 
 
 
 
 
 
 

2011

 

Содержание:

 

Введение

 

    Даже  при наличии десятков тысяч программ для IBM PC пользователям может потребоваться  что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях следует использовать системы программирования, т.е. системы для разработки новых программ.

    История искусства программирования насчитывает  уже десятки лет. И языков программирования уже становится чуть больше, чем хотелось бы. Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие: Бейсик (Basic); Паскаль (Pascal); Си++ (C++), Ява (Java).

    Турбо Паскаль появился на рынке программных  продуктов в 1884 году и, несомненно, совершил революцию в программировании. До этого предпочтение отдавалось Бейсику - простому, дешевому и легко усвояемому. Паскаль же был аппаратно зависимым, дорогим и сложным в обращении. С появлением Турбо Паскаля положение в корне изменилось. Замечателен в Турбо Паскале не язык, который является лишь языком Паскаля, а программное окружение, в котором теперь можно использовать Паскаль и которое обеспечивает пользователю комфорт и высокую скорость работы. С успехом Турбо Паскаля на рынке программных продуктов связано также и развитие многочисленных пакетов, облегчающих применение Паскаля для самых разных целей.

    Концепция Паскаля была разработана Н. Виртом примерно в 1970 году и Паскаль быстро получил широкое распространение  благодаря легкости его изучения, наглядности составленных на нем текстов программ.

    Система программирования Турбо Паскаль, разработанная  американской корпорацией Borland, остается одной из самых популярных систем программирования в мире. Этому способствуют, с одной стороны, простота лежащего в ее основе языка программирования Паскаль, а с другой - труд и талант сотрудников Borland во главе с идеологом и создателем Турбо Паскаля Андерсом Хейлсбергом, приложивших немало усилий к ее совершенствованию. Придуманный швейцарским ученым Никласом Виртом как средство для обучения студентов программированию, язык Паскаль стараниями А.Хейлсберга превратился в мощную современную профессиональную систему программирования, которой по плечу любые задачи – от создания простых программ, предназначенных для решения несложных вычислительных задач, до разработки сложнейших реляциооных систем управления базами данных. Появление Windows и инструментальных средств Borland Pascal with Objects и Delphi для разработки программ в среде Windows лишний раз показало, какие поистине неисчерпаемые возможности таит он в себе: и Borland Pascal, и используемый в Delphi язык Objects Pascal основываются на Турбо Паскале и развивают его идеи.

    Объектом исследования курсовой работы является язык программирования Турбо Паскаль, а предметом  - указатели и динамическая память в Турбо Паскаль. 

    Цель  курсовой работы является изучение указателя и динамической памяти в Турбо Паскаль.

    Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить понятия указателей и динамической памяти.
• рассмотреть процедуры и функции с использованием указателей.
• рассмотреть применение указателей и работы с динамической памятью.
• привести пример программы, использующей динамическую память.

    Актуальностью выбранной темы в настоящее время является то, что современные системы программирования являются неотъемлемой частью компьютерных технологий.

    Практическая значимость заключается в том, что материал курсовой работы будет полезен при изучении в образовательных учреждениях, а также для самостоятельного изучения Турбо Паскаль.

    Для выполнения работы используются такие  методы исследования, как:

    - изучение и анализ научной литературы;

    - изучение и обобщение отечественной и зарубежной практики;

    -  сравнение, анализ и т.д. 

 

1. Понятие указателей и динамической памяти.

    1.1 Понятие динамической памяти.

    Все переменные, объявленные в программе, размещаются в одной непрерывной  области оперативной памяти, которая  называется сегментом данных. Длина  сегмента данных определяется архитектурой микропроцессоров 80x86 и составляет 65536 байт, что может вызвать известные затруднения при обработке больших массивов данных. С другой стороны, объем памяти ПК (обычно не менее 640 Кбайт) достаточен для успешного решения задач с большой размерностью данных. Выходом из положения может служить использование так называемой динамической памяти.

    Динамическая  память - это оперативная память ПК, предоставляемая программе при ее работе, за вычетом сегмента данных (64 Кбайт), стека (обычно 16 Кбайт) и собственно тела программы. Размер динамической памяти можно варьировать в широких пределах (см. прил.1). По умолчанию этот размер определяется всей доступней памятью ПК и, как правило, составляет не менее 200...300 Кбайт.

    Динамическая  память - это фактически единственная возможность обработки массивов данных большой размерности. Многие практические задачи трудно или невозможно решить без использования динамической памяти. Такая необходимость возникает, например, при разработке систем автоматизированного проектирования (САПР): размерность математических моделей, используемых в САПР, может значительно отличаться в разных проектах; статическое (т.е. на этапе разработки САПР) распределение памяти в этом случае, как правило, невозможно. Наконец, динамическая память широко используется для временного запоминания данных при работе с графическими и звуковыми средствами ПК.

    Динамическое  размещение данных означает использование  динамической памяти непосредственно  при работе программы. В отличие  от этого статическое размещение осуществляется компилятором Турбо Паскаля в процессе компиляции программы. При динамическом размещении заранее не известны ни тип, ни количество размещаемых данных, к ним нельзя обращаться по именам, как к статическим переменным.

    Динамическую  память обычно используют при:

1. обработке больших массивов данных;
2. разработке САПР;
3. временном запоминании данных при работе с графическими и звуковыми средствами ЭВМ.

    Размещение  статических переменных в памяти осуществляется компилятором в процессе компиляции.

    Динамические  переменные - размещаются в памяти непосредственно в процессе работы программы. При динамическом размещении заранее неизвестны ни тип, ни количество размещаемых данных, к ним нельзя обращаться по именам, как к статическим переменным. Турбо-Паскаль представляет средство управления динамической памятью: указатели.

    1.2 Адреса и указатели.

    Оперативная память ПК представляет собой совокупность элементарных ячеек для хранения информации - байтов, каждый из которых  имеет собственный номер. Эти  номера называются адресами, они позволяют обращаться к любому байту памяти.

    Турбо Паскаль предоставляет в распоряжение программиста гибкое средство управления динамической памятью - так называемые указатели. Указатель - это переменная, которая в качестве своего значения содержит адрес байта памяти.

    В ПК адреса задаются совокупностью двух шестнадцатиразрядных слов, которые  называются сегментом и смещением. Сегмент - это участок памяти, имеющий  длину 65536 байт (64 Кбайт) и начинающийся с физического адреса, кратного 16 (т.е. О, 16, 32, 48 и т.д.). Смещение указывает, сколько байт от начала сегмента необходимо пропустить, чтобы обратиться к нужному адресу.

    Адресное  пространство ПК составляет 1 Мбайт (речь идет о так называемой стандартной  памяти ПК; на современных компьютерах  с процессорами 80386 и выше адресное пространство составляет 4 Гбайт, однако в Турбо Паскале нет средств, поддерживающих работу с дополнительной памятью; при использовании среды Borland Pascal with Objects 7.0 такая возможность имеется). Для адресации в пределах 1 Мбайта нужно 20 двоичных разрядов, которые получаются из двух шестнадцатиразрядных слов (сегмента и смещения) следующим образом (рис.1): содержимое сегмента смещается влево на 4 разряда, освободившиеся правые разряды заполняются нулями, результат складывается с содержимым смещения.

Рисунок 1 Схема формирования адреса в ПК 

    Фрагмент  памяти в 16 байт называется параграфом, поэтому можно сказать, что сегмент  адресует память с точностью до параграфа, а смещение - с точностью до байта. Каждому сегменту соответствует непрерывная и отдельно адресуемая область памяти. Сегменты могут следовать в памяти один за другим без промежутков или с некоторым интервалом, или, наконец, перекрывать друг друга.

    Таким образом, по своей внутренней структуре  любой указатель представляет собой  совокупность двух слов (данных типа WORD), трактуемых как сегмент и смещение. С помощью указателей можно размещать  в динамической памяти любой из известных  в Турбо Паскале типов данных. Лишь некоторые из них (BYTE, CHAR, SHORTINT, BOOLEAN) занимают во внутреннем представлении один байт, остальные - несколько смежных. Поэтому на самом деле указатель адресует лишь первый байт данных.

    1.3 Объявление указателей.

    Как правило, в Турбо Паскале указатель связывается с некоторым типом данных. Такие указатели будем называть типизированными. Для объявления типизированного указателя используется значок ^, который помещается перед соответствующим типом, например:

    var

    P1 :^Integer; 

    р2 :^Real; 

    type

    PerconPointer = PerconRecord; 

    PerconRecord = record

    Name : String;

    Job : String;

    Next : PerconPointer 

    end;

    Следует обратить внимание, что при объявлении типа PerconPointer была ссылка на тип PerconRecord, который предварительно в программе объявлен не был. Как уже отмечалось, в Турбо Паскале последовательно проводится в жизнь принцип, в соответствии с которым перед использованием какого-либо идентификатора он должен быть описан. Исключение сделано только для указателей, которые могут ссылаться на еще не объявленный тип данных. Это исключение сделано не случайно. Динамическая память дает возможность реализовать широко используемую в некоторых программах организацию данных в виде списков. Каждый элемент списка имеет в своем составе указатель на соседний элемент (рис. 2), что обеспечивает возможность просмотра и коррекции списка. Если бы в Турбо Паскале не было этого исключения, реализация списков была бы значительно затруднена.

Рисунок 2 Списочная структура данных 

    В Турбо Паскале можно объявлять  указатель и не связывать его  при этом с каким-либо конкретным типом данных. Для этого служит стандартный тип POINTER, например:

    var

    р: pointer;

    Указатели такого рода называют нетипизированными. Поскольку нетипизированные указатели не связаны с конкретным типом, с их помощью удобно динамически размещать данные, структура и тип которых меняются в ходе работы программы.

    Как уже говорилось, значениями указателей являются адреса переменных в памяти, поэтому следовало бы ожидать, что значение одного указателя можно передавать другому. На самом деле это не совсем так. В Турбо Паскале можно передавать значения только между указателями, связанными с одним и тем же типом данных. Если, например,

    var

    p1,p2: integer; 

    р3 : Rеа1; 

    рр : pointer;

    то  присваивание

    p1 := р2;

    вполне  допустимо, в то время как

    р1 := р3;

    запрещено, поскольку Р1 и Р3 указывают на разные типы данных. Это ограничение, однако, не распространяется на нетипизированные указатели, поэтому мы могли бы записать

    pp := p3; 

    p1 := pp;

    и тем самым достичь нужного  результата.

 

2. Выделение и освобождение динамической памяти.

    Вся динамическая память в Турбо Паскале  рассматривается как сплошной массив байтов, который называется кучей. Физически куча располагается в старших адресах сразу за областью памяти, которую занимает тело программы.

    Начало  кучи хранится в стандартной переменной HEAPORG (рис.3), конец - в временной HEAPEND. Текущую границу незанятой динамической памяти указывает указатель HEAPPTR.

    Память  под любую динамически размещаемую  переменную выделяется процедурой NEW. Параметром обращения к этой процедуре  является типизированный указатель. В  результате обращения указатель  приобретает значение, соответствующее динамическому адресу, начиная с которого можно разместить данные, например: