Badía, José

Martínez-Salvador, Begoña

Morales, Antonio

Sanchiz Martí, José Miguel

Repositori Institucional de la Universitat Jaume I

Tema 6. Gestión dinámica de memoriahttp://aulavirtual.uji.esJosé M. Badía, Begoña Martínez, Antonio Morales y José M. Sanchiz{badia, bmartine, morales, sanchiz}@icc.uji.esEstructuras de datos y de la informaciónUniversitat Jaume IÍndice1. Punteros en C++ 52. Memoria dinámica en C++ 103. Pila con un vector dinámico 134. Pila enlazada 26BibliografíaI testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 3 / 32ä (Nyhoff’99), apartados 2.4, 3.4 y capítulo 7ä (Main y Savitch’01), capítulos 4 y 5 y apartado 7.3ObjetivosI testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 4 / 32ä Recordar el concepto y uso de los punteros y sus operaciones asociadas.ä Recordar el concepto y uso de memoria dinámica.ä Saber implementar en C++ una versión dinámica de un tipo de datos.ä Saber implementar en C++ una versión enlazada de un tipo de datos.1 Punteros en C++I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 5 / 32Puntero: Variable que contiene una dirección de memoria.≡ Apunta a una posición en memoriaDeclaración de punteros:tipo * puntero [ = dirección ];ä Sólo podrá apuntar a variables del tipo.ä No se reserva espacio para la variable del tipo.Ejemplo:i n t i ;double ∗ dPtr , ∗ ePtr ; / / ∗ delante de cada va r i ab l e punteroi n t ∗ cPt r = & i / / & devuelve l a d i r ecc i ón de una va r i ab l e1 Punteros en C++ (II)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 6 / 32ä Asignación:dPtr = ePtr ;ePt r = & x ;dPt r = 0 / / Puntero nulo (NULL)ä Indirección: (≡ Acceso a la variable apuntada)y = ∗ dPtr ;x = y + ∗ ePtr ;∗ePtr = x ;ä Comparación: (sólo entre punteros al mismo tipo base)dPtr == ePtrePt r ! = & x1 Punteros en C++ (III)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 7 / 32Punteros a clasesclass complejo {public :complejo & I n i c i a ( double r , double i ) ;void Muestra ( ) const ;private :double rea l , imag ;} ;. . .complejo c ;complejo ∗ p t r c = & c ;(∗ p t r c ) . I n i c i a ( 3 . 0 , 1 . 5 ) ;p t rc −> I n i c i a (1 .2 , −5 .4 ) ;1 Punteros en C++ (IV)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 8 / 32El puntero thisEn las clases, la palabra reservada this es un puntero al objetoEjemplocomplejo & I n i c i a ( double r , double i ) {r e a l = r ;imag = i ;return ∗ th is ; / / Devuelve e l ob je to}. . .complejo c ;c . I n i c i a (3 .0 , −2 .3 ) . Muestra ( ) ;1 Punteros en C++ (V)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 9 / 32Aritmética con punterosi n t vec to r [ 4 ] = { 0 , 1 , 2 , 3 } ;i n t ∗ p t r = vec to r ; / / ≡ i n t ∗ p t r = & ( vec to r [ 0 ] )cout < < ∗ p t r ; / / Muestra vec to r [ 0 ]p t r ++ ; / / Añade s i zeo f ( i n t ) , NO 1cout < < ∗ p t r ; / / Muestra vec to r [ 1 ]p t r = vec to r ;for ( i n t i = 0 ; i < 4 ; i + + ) { / / Recorr ido de l vec to rcout < < ∗ p t r ;p t r ++;}2 Memoria dinámica en C++I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 10 / 32ProblemaLas variables estáticas tienen un tamaño fijo.SoluciónC++ permite reservar y liberar zonas de memoria en tiempo de ejecución.Reserva de memorianew tipo;Reserva espacio para una variable del tipo y devuelve su dirección.i n t ∗ p t r ;p t r = new i n t ; 0x13eff860ptr *ptr2 Memoria dinámica en C++ (II)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 11 / 32new tipo[num];Reserva espacio para num posiciones de tipo y devuelve la dirección inicial.i n t ∗ v p t r ;v p t r = new i n t [ 8 ] ;0x13eff860vptr vptr[0]vptr[1]Ejemplocout < < "Numero de elementos ? " ;c in > > tam ;i n t ∗ p t r = new i n t [ tam ] ;. . .for ( i n t i = 0 ; i <tam ; i ++)p t r [ i ] = i ;2 Memoria dinámica en C++ (III)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 12 / 32Liberación de memoriadelete puntero;delete [] puntero;La memoria liberada puede reutilizarse en reservas posteriores.Ejemplodouble ∗ p t r = new double [ 4 ] ;. . .p t r [ 2 ] = 1 . 5 ;cout < < p t r [ 2 ] ; / / Escr ibe 1 . 5delete [ ] p t r ;cout < < p t r [ 2 ] ; / / Va lor i n de f i n i d o . Pos ib le e r r o r3 Pila con un vector dinámicoI testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 13 / 32const i n t MaxElem = 128 ;typedef i n t t ipobase ;class Stack {public :/ / stack , empty , push , pop y topprivate :t ipobase elementos [ MaxElem ] ;i n t tope ;} ;ä Cada vez que se crea un objeto de la clase, se reserva espacio para todos losdatos de la misma: vector de elementos y tope.ä La reserva se mantiene hasta salir del ámbito donde está declarado.3 Pila con un vector dinámico (II)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 14 / 32Ejemplo de gestión estática de la memoriai n t Fondo ( stack p ) ;. . .i n t main ( ) {s tack p ; / / Creación de una p i l acout < < " Fondo : " < < Fondo ( p ) ; / / Copia + des t rucc ióni f ( ! p . empty ( ) ) {i n t i ;s tack o t ra ; / / Creación de o t ra p i l ai =Fondo ( o t ra ) ; / / Copia + des t rucc ión} / / Dest rucc ión de l a p i l a o t ra} / / Dest rucc ión de l a p i l a p3 Pila con un vector dinámico (III)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 15 / 32Clase Pila con vector dinámicoclass stack {public :s tack ( i n t numelem = 1 2 8 ) ;∼stack ( ) ;s tack ( const stack & or igen ) ;s tack & operator = ( const stack & or igen ) ;/ / empty , push , pop y topprivate :t ipobase ∗ elementos ;i n t capacidad , tope ;} ;3 Pila con un vector dinámico (IV)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 16 / 32En clases que utilicen memoria dinámica es necesario crear nuevas funcionesmiembro y modificar otras:ä Constructores: Reservan espacio para los nuevos objetos.ä Destructores: Liberan el espacio reservado para los objetos.ä Constructores de copia: Construyen objetos como copias de otros.ä Operadores de asignación: Asignan unos objetos a otros del mismo tipo.3 Pila con un vector dinámico (V)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 17 / 32Constructorstack ( i n t numelem ) {capacidad = numelem ;elementos = new t ipobase [ capacidad ] ;i f ( elementos = = 0 ) {ce r r < < " Er ro r a l reservar espacio para l a p i l a " < < endl ;e x i t (−1);}tope = −1;}s tack p ; / / Reserva espacio para 128 datos de t ipobasec in > > num;stack q (num ) ; / / Reserva espacio para num datos de t ipobase3 Pila con un vector dinámico (VI)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 18 / 32Destructorstack p ( 7 ) ;capacidadtopeelementosp-17¿Qué ocurre con el objeto al salir de su ámbito?El compilador inserta una llamada al destructor del objeto.ä La memoria para los datos estáticos (capacidad, tope y el puntero elementos) selibera automáticamente.ä La memoria dinámica reservada para los elementos NO se libera⇒ Necesitamosun destructor que la libere.3 Pila con un vector dinámico (VII)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 19 / 32Destructor∼stack ( ) {delete [ ] elementos ;}ä Nombre de la clase precedido por ∼ä No tiene parámetros⇒ Definición única.ä No devuelve nada (ni void).3 Pila con un vector dinámico (VIII)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 20 / 32Constructor de copia¿Qué ocurre cuando: ?ä Inicializamos un objetostack p i l a 1 ( 1 0 ) ; / / Rellenamos p i l a1 por tec ladostack p i l a 2 = p i l a 1 ;s tack p i l a 3 ( p i l a 1 ) ;ä Pasamos un objeto por valor o lo devuelve una funciónstack I n v e r t i r ( s tack p ) ;El constructor de copia por defecto copia los miembros estáticos del objeto byte a byte(capacidad, tope y el puntero elementos).3 Pila con un vector dinámico (IX)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 21 / 32stack o t r a p i l a ( p i l a ) ;Por defectocapacidadtopeelementospila-17capacidadtopeelementosotrapila-17Constructor correctocapacidadtopeelementospila-17capacidadtopeelementosotrapila-173 Pila con un vector dinámico (X)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 22 / 32Constructor de copiastack ( const stack & or igen ) {capacidad = or igen . capacidad ;elementos = new t ipobase [ capacidad ] ;i f ( elementos = = 0 ) {ce r r < < " Er ro r a l reservar espacio para l a p i l a " < < endl ;e x i t (−1);}for ( i n t pos = 0 ; pos<capacidad ; pos++)elementos [ pos ] = or igen . elementos [ pos ] ;tope = or igen . tope ;}3 Pila con un vector dinámico (XI)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 23 / 32Operador de asignaciónCuando realizamos una asignación:copiapila = pila ;Si la clase reserva memoria dinámica, incluir un operador de asignación.stack & operator=(const stack &origen);Similar al operador de copia, pero:ä Debe liberar y reservar la memoria dinámica adecuada para el objeto de la parteizquierda de la asignación.ä Debe tener en cuenta la autoasignación: pila = pila.ä Debe devolver la pila que contiene la función: *this.3 Pila con un vector dinámico (XII)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 24 / 32stack & operator =( const stack & or igen ) {i f ( th is ! = & or igen ) { / / Ev i ta l a autoas ignac ióndelete [ ] elementos ;capacidad = or igen . capacidad ;elementos = new t ipobase [ capacidad ] ;i f ( elementos = = 0 ) {ce r r < < " Er ro r a l reservar espacio para l a p i l a " < < endl ;e x i t (−1) ; }for ( i n t pos = 0 ; pos<capacidad ; pos++)elementos [ pos ] = or igen . elementos [ pos ] ;tope = or igen . tope ;}return ∗ th is ;}3 Pila con un vector dinámico (XIII)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 25 / 32Ejemplo de usovoid Imprime ( stack p ) { . . . }i n t main ( ) {i n t num;cout < < "Numero de elementos ? " ;c in > > num;stack p (num ) ; / / Const ruc torfor ( i n t i = 0 ; i <num ; i ++) p . push ( i ) ;s tack q = p ; / / Const ruc tor de copiaImprime ( q ) ; / / Const ruc tor de copia + des t r uc t o rstack u ; / / Const ruc toru = q ; / / Operador de asignac iónImprime ( u ) ; / / Const ruc tor de copia + des t r uc t o r} / / des t r uc t o r + des t r uc t o r + des t r uc t o r4 Pila enlazadaI testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 26 / 32Consideracionesä Sólo podemos acceder a la pila a través del tope: única posición visible.Pila ≡ Puntero al tope.ä La estructura es ordenada⇒ necesitamos un mecanismo de enlace entre unelemento y el siguiente.Cada elemento de la pila estará contenido en un nodo con dos componentes:Nodo elementopuntero alsiguiente4 Pila enlazada (II)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 27 / 32Definición del nodoclass nodo {public :t ipobase i n f o ;nodo ∗ s ig ;/ / Const ruc tornodo ( const t ipobase & va l o r = t ipobase ( ) , nodo ∗ s i gu i e n te =NULL ) :i n f o ( va l o r ) , s ig ( s i g u i e n t e ) { }} ;ä Estructura recursiva:La clase nodo contiene un campo que apunta a un objeto de la misma clase.4 Pila enlazada (III)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 28 / 32Pila enlazadae8e7e1•••topeTADe1e7e8tope. . .info sig4 Pila enlazada (IV)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 29 / 32Clase pila enlazadaclass stack {public :/ / Const ructores y des t ruc to res de l a p i l a/ / Operaciones : empty , pop , push , topprivate :class nodo { / / Sólo acceden miembros y amigos de l a p i l a/ / datos y cons t ruc to r} ;nodo ∗ tope ; / / P i l a ≡ puntero a l nodo tope} ;4 Pila enlazada (V)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 30 / 32Constructor y destructorstack ( ) {tope = NULL ;}∼stack ( ) {nodo ∗ aux ;while ( ! empty ( ) ) {aux = tope ;tope = aux−>s ig ;delete aux ;}}4 Pila enlazada (VI)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 31 / 32Operaciones de consultabool empty ( ) const {return ( tope == NULL ) ;}const t ipobase & top ( ) const {i f ( ! empty ( ) )return ( tope−>i n f o ) ;}4 Pila enlazada (VII)I testtesttesttesttestTema 6. Gestión dinámica de memoria – 32 / 32void push ( t ipobase & va lo r ) {nodo ∗ aux = new nodo ( va lor , tope ) ;tope = aux ;}void pop ( ) {nodo ∗ aux ;i f ( ! empty ( ) ) {aux = tope ;tope = tope−>s ig ;delete aux ;}}

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