アルゴリズムとデータ構造補足資料 11-1 「 malloc と free 」

アルゴリズムとデータ構造補足資料11-1「mallocとfree」アルゴリズムとデータ構造補足資料11-1「mallocとfree」横浜国立大学理工学部数物・電子情報系学科富井尚志

メモリの「物理的」な構成 • Random Access Memory (RAM) • 「アドレス」と「中身」 • 有限個のセル（資源） • CPUは、メモリに対して次の操作を行う • アドレスを指定して、その内容を読み出す(load) • アドレスを指定して、その内容を書き込む(store) • CPUの演算と比べれば、読み書きには「それなりに」時間がかかる e.g. メモリバスの周波数は、CPUの内部周波数の1/10程度 • アドレスの指定は「任意」 • どのアドレスを指定しても、読み書きが可能 • Random Access Memory と呼ばれる • 2次記憶と比べれば、「そこそこ速く」読み書きが可能 c.f. Sequential Access Device （ディスクやテープ；ディスクはアドレス指定が可能だが、「極めて遅い」） • メモリの中身の種類 • データ • アドレス • プログラム（命令）

int main(void) { inta; a = 20; printf(“a:%x = %d\n”, &a, a); return 0; } &a a 実行すると、以下の結果が出た。 a: 40ea0804 = 20 この場合のaは？　→int型（32bitの箱）の変数aは、　　中身が20 （2進数では10100） a 00000000 00000000 00000000 00010100 int型（32bit） aは、物理的にどこに存在する？ → 記憶（メモリ）の中（ＯＳに割り当ててもらう；毎回変わる） aは、具体的にどこ？ → 今回は0x 40ea 0804番地からの4バイト分　→ &a == 0x 40ea 0804 （aのアドレス）

この場合のaは？ 　→int型（32bitの箱）の変数aは、　　中身が20 （16進数では14） &a a a 00000000 00000000 00000000 00010100 変数aのアドレスは、 0x 40ea0804番地 int型（32bit）

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list a, *p; a.key = 20; a.next = NULL; p = &a; printf(“a:%0x = [%d, %0x]\n”, p, a.key, a.next); return 0; } 変数によるプログラム：プログラム中では、変数の枠は動かない

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list a, *p; a.key = 20; a.next = NULL; p = &a; printf(“a:%0x = [%d, %0x]\n”, p, a.key, a.next); return 0; } &a a a.key a.next p 変数によるプログラム：プログラム中では、変数の枠は動かない

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list a, *p; a.key = 20; a.next = NULL; p = &a; printf(“a:%0x = [%d, %0x]\n”, p, a.key, a.next); return 0; } &a a a.key a.next p

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list a, *p; a.key = 20; a.next = NULL; p = &a; printf(“a:%0x = [%d, %x]\n”, p, a.key, a.next); return 0; } &a a a.key a.next p a: 40ea0800 = [20, 0] と表示

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list *p; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); return 0; } 動的領域割当によるプログラム：プログラム中で、領域を確保する（枠が増える・減る）

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list *p; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); return 0; } p pは変数動的領域割当によるプログラム：プログラム中で、領域を確保する（枠が増える・減る）

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list *p; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); return 0; } アドレスを代入 p key next 動的領域割当によるプログラム：プログラム中で、領域を確保する（枠が増える・減る）領域を割当てる

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list *p; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); return 0; } p key next 動的領域割当によるプログラム：プログラム中で、領域を確保する（枠が増える・減る）参照先に代入

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list *p; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); return 0; } p key next 参照先に代入 p-> 40ea082c = [21, 0] と表示

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list *p; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); return 0; } p key 21 next NULL p-> 40ea082c = [21, 0] と表示

１．メモリに割当てる p = (struct list *)malloc(sizeof(struct list)); ２．その量は、”struct list”型1個分３．mallocの戻り値は、割当てたメモリの先頭アドレス４．そのアドレス（参照先）の中身は “struct list”型として、「キャスト」（型変換）５．“struct list”型へのポインタとして、アドレスを代入この書き方は、憶えましょう。　　　　　　　　結果は　　　　　　　←これ p key 21 next NULL 要するに、新しく「箱」ができる。この箱に名前（変数名）はない。だから、ポインタ変数pで指し示しておく必要がある。

free(p); malloc関数で割り当てられたこの名前のない「箱」の領域は、開放する（使わなかったことにする）ことができる。この使い方も憶えましょう。　　　　　　　　結果は　　　　　　　←これ p 赤い箱は解放された。つまり、このメモリは、別のプログラムや別の機会に使われる。でも、ポインタ変数pにアドレスだけは残っている。うっかりpの参照先に代入しようとすると、OSが怒る。（Segmentation Fault）

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list a, *p; a.key = 20; a.next = NULL; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“a:%0x = [%d, %0x]\n”, &a, a.key, a.next); printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); free(p); return 0; } a a.key a.next p key next

struct list { int key; struct list *next; }; int main(void) { struct list a, *p; a.key = 20; a.next = NULL; p = (struct list *)malloc(sizeof(structlist)); p->key = 21; p->next = NULL; printf(“a:%0x = [%d, %0x]\n”, &a, a.key, a.next); printf(“p->%x = [%d, %x]\n”, p, p->key, p->next); free(p); return 0; } a 20 a.key NULL a.next p key 21 next NULL

水色の箱（変数） と赤い箱（確保された領域）の違い変数：・・・変数領域 mallocによって確保された領域：・・・動的割当領域 a 20 a.key NULL a.next p key 21 next NULL

水色の箱（変数） と赤い箱（確保された領域）の違い変数：・ブロック内で「宣言」されると、そのブロックの中でずっと有効　（スコープ）・・変数領域 mallocによって確保された領域：・プログラムの実行中に「割当て」。または、「解放」。（必要時に割り当てて、不要になったら解放する。）・・動的割当領域 a 20 a.key NULL a.next p key 21 next NULL

水色の箱（変数） と赤い箱（確保された領域）の違い変数：・ブロック内で「宣言」されると、そのブロックの中でずっと有効　（スコープ）・名前（変数名）がある。・変数領域 mallocによって確保された領域：・プログラムの実行中に「割当て」。または、「解放」。（必要時に割り当てて、不要になったら解放する。）・名前はない。だから、アドレスを記録しなくてはならない。・動的割当領域 a 20 a.key NULL a.next p key 21 next NULL

水色の箱（変数） と赤い箱（確保された領域）の違い変数：・ブロック内で「宣言」されると、そのブロックの中でずっと有効　（スコープ）・名前（変数名）がある。・変数領域 mallocによって確保された領域：・プログラムの実行中に「割当て」。または、「解放」。（必要時に割り当てて、不要になったら解放する。）・名前はない。だから、アドレスを記録しなくてはならない。　・動的割当領域 a 20 a.key NULL a.next p key 21 next NULL メモリ（記憶領域）は有限な資源。使わないのにずっと確保される「静的領域」は資源の無駄。もったいない(MOTTAINAI) 必要なときだけ、必要な量を確保し、使い終わったら解放して、他のプログラムに使ってもらおう

アルゴリズムとデータ構造補足資料 11-1 「 malloc と free 」