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Estructuras de datos (Prof. Edgardo A. Franco)
1M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez http://[email protected]
@edfrancom edgardoadrianfrancom
Repaso 02: Apuntadores y manejo de memoria dinámica
Solicitado: Ejercicios 02: Programación con memoria dinámica
Contenido• Memoria de un proceso
• Apuntadores
• Dirección de memoria
• Definición de apuntador
• Manejo de memoria dinámica
• Sentencia malloc()
• Sentencia free()
• Problema
• Solución en C
• Ejercicio 02: Programación con memoria dinámica2
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Memoria de un proceso• Durante la ejecución del proceso, todos los datos
manipulados (incluido el propio código del programacompilado) se alojan en la memoria principal, ya que estaofrece menor latencia (menor tiempo de comunicación conel CPU) respecto de los medios secundarios.
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• Empezando por la direcciones más bajas, el segmento decódigo es la porción de la memoria donde se carga elprograma que se ejecuta.
• El segmento de datos alberga las declaraciones globales(e.g. variables del programa principal y constantesglobales).
• El montículo es la región de memoria que se toma y selibera de manera dinámica durante la ejecución delprograma.
• La pila es donde se "apilan" porciones de memoriapertenecientes a funciones y/o procedimientos cuandose les llama.
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Código
Datos
Pila
Memoria de proceso activo
Pila(Stack)
Montículo (Heap)
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Direcciones más bajas 0x0000AAH
0xFFFFFFH
Apuntadores• Los apuntadores o punteros son otro tipos de dato
que se utilizan en lenguaje de programación como C.
• Permiten el acceso a memoria (memoria delproceso) de manera más eficiente, sin embargo, unamala referencia a dicha memoria provocará en elprograma una salida inesperada.
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• Trabajar con apuntadores implica la nomanipulación de variables en sí, sino manejardirecciones de memoria en la cuales residen losdatos.
• Una variable apuntador o puntero, es una variableque contiene direcciones de otras variables oinstrucciones, es decir, almacenan la dirección dememoria donde se encuentran los datos asociadosa dichas variables o instrucciones.
Dirección de memoria• Cuando una variable se declara, se le asocian tres
atributos fundamentales a dichas variables: suidentificador, su tipo de dato y su dirección dememoria.
por ejemplo:
int n;0x4fffd34
1234n
int
dirección de memoria
valor de la variable
tipo de dato
identificador9
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Definición de apuntador
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• Cuando se declara una variable de tipo apuntador,el compilador también le asigna una dirección dememoria, sin embargo, en esa localidad dememoria no se almacena un tipo de dato simple,sino la dirección de una variable del mismo tipo quese declaro el apuntador, es decir:
int variable = 30;
int *ptr = &variable;
• Los apuntadores en C se rigen por la siguientes reglasbásicas:
1. Un apuntador es una variable como cualquier otra;
2. Una variable apuntador contiene una dirección queapunta a otra posición de memoria;
3. En esa posición de memoria se almacenan los datos a losque apunta el apuntador;
4. Un apuntador apunta a una variable que se encuentraalmacenada en alguna parte de la memoria delprograma, pudiendo ser esta una variable que apunte aotra localidad de memoria. (Dobles apuntadores, …)
5. Un apuntador común de C debe almacenar direccionesvalidas para el programa si se realiza una operación dedirección (*) sobre este, se puede causar un error deprograma al intentar acceder a direcciones invalidas parael programa.
Estructuras de datos (Prof. Edgardo A. Franco)
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Manejo de memoria dinámica• Una variable global, del programa principal o de una función
comparte una característica en común, se definen cuando secompila el programa. Esto significa que el compilador indicael espacio en memoria de datos y/o pila para almacenar losvalores para estas variables.
• Sin embargo, no todas las veces es posible conocer elnumero de variables con el que va a constar nuestroprograma. C ofrece al desarrollador la opción de creardiferentes tipos de variables de forma dinámica, para creartales variables se utilizan funciones como: malloc(),
realloc(), calloc(), y free(). Las memoria de trabajo deestas funciones son almacenadas en el montículo o heap. 12
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• Cuando se declara una variable global o principal enC, el compilador establece un área de memoria dedatos para almacenar el contenido de la variable,cuando se hacer referencia a dicha variable, elprograma accede automáticamente a la direcciónde memoria donde se almacena el contenido lavariable para poder utilizarla.
• Si la variable es local de una función, el compiladoragrega las instrucciones necesarias para que elprograma al ingresar a la función coloque dichasvariables en la región de la pila de su memoriaasignada para acceder a ellas.
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Función malloc()• malloc() es la forma más habitual de obtener
bloques de memoria dinámica. La función genera oasigna un bloque de memoria que es el numero debytes pasados como argumento.
• malloc() devuelve un apuntador void* al bloquede memoria asignado, por lo tanto, hay que realizarun cast al tipo de apuntador requerido, para hacerbuen uso de la memoria o de los datos que selleguen a almacenar en dicho bloque de memoria.
*Nota: Todas las funciones de asignación dinámica de memoria seencuentran definidas en la biblioteca stdlib.h
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• La forma de utilizar la función malloc() es:
apuntador = (tipo *)malloc(tamanio en bytes);
donde:
• apuntador: es el apuntador que almacenará lareferencia o apuntara al bloque de memoriagenerado.
• tipo *: es el cast a un apuntador valido para manejarlos datos que se van a almacenar en el bloque dememoria asignado.
• tamanio: es el tamaño en bytes del bloque de memoriaque se va a reservar.
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• Al llamar a malloc() puede ser que no hayasuficiente memoria disponible, entonces,malloc() devolverá NULL en la operación, por lotanto, siempre es conveniente preguntar despuésde la operación si se asigno el bloque de memoria.
int *ptr;
ptr = (int *)malloc( 10 * sizeof(int) );
if( ptr == NULL){
printf( "No hay memoria disponible…\n" ); //no utilizar ptr
return; //fin del programa o realizar la acción conveniente
}
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Función sizeof() y malloc()• La función sizeof se utiliza con mucha frecuencia para
referirnos al tamaño de memoria que se va a generar por lasfunciones de memoria dinámica. Por ejemplo, si se requierereservar un bloque de memoria para un arreglo de 10enteros:
int *ptr;
ptr = (int *)malloc( 10 * sizeof(int) );
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Uso de malloc()para generar un arreglo bidimensional
•Un arreglo bidimensional en realidad es unarreglo cuyos elementos son arreglos. Si elnombre de un apuntador unidimensionales un apuntador sencillo, entonces, elnombre de un arreglo bidimensional seráun apuntador a apuntadores sencillos.Para asignar memoria a un arreglomultidimensional, se indica cadadimensión del arreglo al igual que sedeclara un arreglo unidimensional.
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• Para generar al arreglo bidimensionalutilizando memoria dinámica se hace endos pasos:
1. Se solicita la memoria para crear unarreglo de apuntadores que van a apuntara cada fila del arreglo.int **arr2d = (int *)malloc( num_filas* sizeof(int *) );
2. Se solicita memoria para almacenar elnumero de elementos que va a formarcada fila o arreglo unidimensional(columnas).
arr2d[i] = (int*)malloc( columnas * sizeof( int ) );
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arr2d
arr2d[0]
arr2d[1]
arr2d[2]
arr2d[3]
arr2d[4]
arr2d[5]
arr2d[6]
arr2d[7]
arr2d[8]
arr2d[9]
Donde cada arr2d[i] es un apuntador sencillo que apunta a un arreglo unidimensional de tamaño n.
Arreglosunidimensionales de tamaño n
Arreglo de apuntadores sencillos
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ezApuntador doble
Uso de free()para liberar la memoria asignada dinámicamente
• Cuando se termina de utilizar un bloque de memoriapreviamente asignado por cualquier función deasignación dinámica de memoria, se debe liberar elespacio de memoria y dejarlo disponible para otrosprocesos, esto se realiza utilizando la función free().El prototipo la función free es:
void free(void *ptr);
• Donde: *ptr es el apuntador que hace referencia albloque de memoria asignado, si ptr es NULL entoncesfree no hace nada.
• Si embargo, si ptr es un apuntador mal referenciado, eluso de free probablemente destruya el mecanismo degestión de memoria y provocará un fallo del programa.
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Problema
• Escribir una programa en C que reciba (por la entradaestándar) los valores de m (filas) y n (columnas) y genere unamatriz dinámica de enteros, posteriormente la matriz serállenada por el usuario (entrada estándar) y se llamará aintercambia_filas() que intercambiará la fila i-esima por la j-esima (i y j se introducen por la entrada estándar), finalmenteel programa mostrara la matriz resultante llamando aimprime_matriz().
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Problema(Declaración de funciones)
//DECLARACIÓN DE FUNCIONES
//Aparta el espacio de memoria para la matriz dinámica
int **Aparta_Matriz(int m,int n);
//Capturar la matriz dinámica
void Capturar_Matriz(int **matriz,int m,int n);
//Intercambia la fila i-esima por la j-esima de la matriz
void Intercambia_Filas(int **matriz,int i,int j);
//Imprime la matriz dinámica
void Imprime_Matriz(int **matriz,int m,int n);
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Problema(Programa principal)
//PROGRAMA PRINCIPAL
int main(void)
{
int m,n,**matriz;
int i,j;
//Leer m y n
printf("\nIntroduce m y n separados por espacio o enter: ");
scanf("%d %d",&m,&n);
//Apartar espacio para la matriz
matriz=Aparta_Matriz(m,n);
//Llenar la matriz de datos
Capturar_Matriz(matriz,m,n);
//Mostrar la matriz
printf("\n***Matriz Original***");
Imprime_Matriz(matriz,m,n);
//Leer i y j (Filas a intercambiar)
printf("\nIntroduce las filas i y j a intercambiar separados por espacio o
enter: ");
scanf("%d %d",&i,&j);
//Intercambiar filas i y j
Intercambia_Filas(matriz,n,i,j);
//Mostrar la matriz
printf("\n***Matriz Modificada***");
Imprime_Matriz(matriz,m,n);
}
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Problema(Apartar memoria para la matriz)
/*
int **Aparta_Matriz(int m,int n);
Descripción: Aparta el espacio de memoria para la matriz dinámica
Recibe: int m (Número de filas), int n (Número de columnas)
Devuelve: int **matriz (Referencia a la matriz apartada),
Observaciones: m y n deberan ser mayor a 0
*/
int **Aparta_Matriz(int m,int n)
{
int i, **matriz;
//Apartar memoria para la matriz
matriz=malloc(m*sizeof(int)); //m apuntadores simples a enteros
for(i=0;i<m;i++)
matriz[i]=malloc(n*sizeof(int)); //El apuntador simple
matriz[i] apunta a n enteros
return matriz; //Regresa la referencia al apuntador principal a
la matriz dinámica
}
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Problema(Capturar la matriz)
/*
void Capturar_Matriz(int **matriz,int m,int n);
Descripción: Capturar la matriz dinámica
Recibe: int **matriz (Referencia a la matriz), int m (Número de filas),
int n (Número de columnas)
Devuelve:
Observaciones: La matriz fue reservada previamente de tamaño m por n
*/
void Capturar_Matriz(int **matriz,int m,int n)
{
int i,j;
for(i=0;i<m;i++)
for(j=0;j<n;j++)
{
printf("\nIntroduce el elemento[%d][%d]: ",i,j);
scanf("%d",&matriz[i][j]);
}
}
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Problema(Mostrar la matriz)
/*
void Imprime_Matriz(int **matriz,int m,int n);
Descripción: Procedimiento para imprimir la matriz
Recibe: int **matriz (Referencia a la matriz), int m (Número de
filas), int n (Número de columnas)
Devuelve:
Observaciones: La matriz fue reservada previamente de tamaño m
por n
*/
void Imprime_Matriz(int **matriz,int m,int n)
{
int i,j;
for(i=0;i<m;i++)
{
printf("\n");
for(j=0;j<n;j++)
printf("%d\t",matriz[i][j]);
}
}
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Problema(Intercambiar filas de la matriz)
/*
void Intercambia_Filas(int **matriz,int n,int i,int j);
Descripción: Procedimiento para intercambiar filas i y j de la matriz
Recibe: int **matriz (Referencia a la matriz), int n (Número de columnas)
int i e int j (Filas a intercambiar)
Devuelve:
Observaciones: La matriz fue reservada previamente de tamaño m por n
*/
void Intercambia_Filas(int **matriz,int n,int i,int j)
{
int x,aux,*aux2;
//Manera 1 (Cambiando de fila cada uno de los datos)
/*for(x=0;x<n;x++)
{
aux=matriz[j][x];
matriz[j][x]=matriz[i][x];
matriz[i][x]=aux;
}*/
//Manera 2 (Cambiando solo los apuntadores a cada fila)
aux2=matriz[i]; //Se puede escribir coomo aux2=*(matriz+i);
matriz[i]=matriz[j];//Se puede escribir coomo *(matriz+i)=*(matriz+j);
matriz[j]=aux2; //Se puede escribir coomo *(matriz+j)=aux2;
}
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Ejercicios 02: Programación con memoria dinámica
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• Programa de manera estructurada en ANSI C, un programa capaz degenerar y recibir dos matrices dinámicas de tamaño m por n, donde m yn ingresan por la entrada estándar, además de los valores de lasmatrices, el programa realiza una operación de suma y resta de matricesque se muestra por la salida estándar.
• Observaciones1. Construir un código modular (no todo en el main) y debidamente
documentado.2. Entregar un reporte con las pruebas (capturas de pantalla y
explicaciones de cada prueba).3. El reporte es individual y tiene portada, índice y encabezados de pagina
con número de pagina , titulo y nombre del alumno.4. Enviar vía Web en un archivo comprimido (ZIP, RAR o TAR), código y
reporte.
*Se entregará antes del día Lunes 22 de Agosto de 2016 (23:59:59 hora limite).
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