Kapitel 16 Dynamische Speicherverwaltung
Bisher wurde die Speicherverwaltung in Variablendefinitionen versteckt. Sie mussten sich so zwar keine Gedanken bezüglich der Verwaltung machen, aber spätestens, wenn Sie neuen Speicher für weitere Daten benötigten, musste der Code umgeschrieben werden.
Ebenso kann es Probleme mit der Gültigkeit einer Variablen geben. Eine Variable existiert nur in dem Anweisungsblock, in dem sie deklariert wurde. Die Gültigkeit des Speicherbereichs dieser Variablen verfällt, sobald dieser Anweisungsblock verlassen wird. Ausnahmen stellen globale und als static deklarierte Variablen dar.
Bei der dynamischen Speicherverwaltung gibt es diese Probleme nicht mehr. Zur dynamischen Speicherverwaltung wird ein Zeiger mithilfe der Funktion malloc() verwendet. Mit dieser Funktion geben Sie an, wie viel Speicherplatz reserviert werden soll. Der Zeiger verweist bei erfolgreicher Reservierung auf die Anfangsadresse des reservierten Speicherblocks. Die Aufgabe des Programmierers ist es, dafür zu sorgen, dass es immer einen Zeiger gibt, der auf diese Anfangsadresse verweist. Der so reservierte Speicher bleibt so lange erhalten, bis dieser entweder explizit mit der Funktion free() freigegeben wird oder das Programm sich beendet.
Es muss dabei natürlich ein gewisser Aufwand betrieben werden, um die dynamische Speicherverwaltung zu realisieren. Wenn dabei unvorsichtig zu Werke gegangen wird, haben Sie schnell eine Zugriffsverletzung mit einem Zeiger verursacht. Ebenfalls zu Problemen kann es kommen, wenn Sie bei einem Programm immer wieder Speicher reservieren und dieser niemals mehr freigegeben wird. Man spricht dabei von Speicherlecks (engl. Memory Leaks). Wie diese und andere Probleme vermieden werden, erfahren Sie in den folgenden Abschnitten.
16.1 Das Speicherkonzept
Bevor gezeigt wird, wie Speicher dynamisch reserviert werden kann, folgt ein Exkurs über das Speicherkonzept von laufenden Programmen. Ein Programm besteht aus den vier folgenden Speicherbereichen:
Tabelle 16.1
Verschiedene Speicherbereiche in einem Programm
| Speicherbereich
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Verwendung
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| Code
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Maschinencode des Programms
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| Daten
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Statische und globale Variablen
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| Stack
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Funktionsaufrufe und lokale Variablen
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| Heap
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Dynamisch reservierter Speicher
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Code-Speicher
Dieser wird in den Arbeitsspeicher geladen, und von dort aus werden die Maschinenbefehle der Reihe nach in den Prozessor (genauer in die Prozessor-Register) geschoben und ausgeführt.
Daten-Speicher
Darin befinden sich alle statischen Daten, die bis zum Programmende verfügbar sind (globale und statische Variablen).
Stack-Speicher
Im Stack werden die Funktionsaufrufe mit ihren lokalen Variablen verwaltet. In Kapitel 11, Funktionen, wurde auf den Stack ja schon näher eingegangen.
Heap-Speicher
Dem Heap-Speicher gebührt in diesem Kapitel das Hauptinteresse. Über ihn wird die dynamische Speicherreservierung mit Funktionen wie malloc() erst realisiert. Der Heap funktioniert ähnlich wie der Stack. Bei einer Speicheranforderung erhöht sich der Heap-Speicher, und bei Freigabe wird er wieder verringert. Wenn ein Speicher angefordert wurde, sieht das Betriebssystem nach, ob sich im Heap noch genügend zusammenhängender freier Speicher dieser Größe befindet. Bei Erfolg wird die Anfangsadresse des passenden Speicherblocks zurückgegeben.
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