INF 1007 – Programação II
Aula 03 – Alocação Dinâmica
Edirlei Soares de Lima
<elima@inf.puc-rio.br>
Vetores - Declaração e Inicialização
•
•
Declaração de um vetor:
int meu_vetor[10];
–
Reserva um espaço de memória para armazenar 10 valores inteiros no
vetor chamado meu_vetor.
Inicialização de algumas posições do vetor meu_vetor:
meu_vetor[0] = 5;
meu_vetor[1] = 11;
meu_vetor[4] = 0;
meu_vetor[9] = 3;
Vetores Alocados em Memória
•
Vetor é alocado em posições contíguas de
memória;
–
Exemplo: int v[10];
•
•
O nome do vetor aponta para endereço inicial;
C permite aritmética de ponteiros:
–
–
Exemplo:
•
v+0 : primeiro elemento de v ...
•
v+9 : último elemento de v
Exemplo:
•
&v[i] é equivalente a (v+i)
•
*(v+i) é equivalente a v[i]
Aritmética de Ponteiros
•
Qual é o resultado da execução desse programa?
int main(void)
{
int vet[6] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
printf("Valor1: %d\n", vet);
printf("Valor2: %d\n", *vet);
printf("Valor3: %d\n", *(vet + 2));
return 0;
}
Resultado:
Valor1: 3997056 -> endereço de memória de vet[0]
Valor2: 1
Valor3: 3
Vetores Passados para Funções
•
A linguagem C permite passar vetores como parâmetros para
funções:
–
–
consiste em passar o endereço da primeira posição do vetor por um
parâmetro do tipo ponteiro;
“passar um vetor para uma função” é equivalente a “passar o
endereço inicial do vetor”;
–
–
os elementos do vetor não são copiados para a função;
o argumento copiado é apenas o endereço do primeiro elemento.
Vetores e Funções - Exemplo
/
* Cálculo da média e da variância de 10 números reais */
include <stdio.h>
#
/* Função para cálculo da média */
float media(int n, float *v)
{
int i;
float s = 0.0;
Parâmetro do tipo ponteiro
para float.
for (i=0; i<n; i++)
{
s += v[i];
É equivalente a float v[].
}
return s/n;
}
[continua…]
/* Função para cálculo da variância */
float variancia (int n, float *v, float m)
{
int i;
float s = 0.0;
for (i=0; i<n; i++)
s += (v[i] - m) * (v[i] - m);
return s/n;
}
int main (void)
{
float v[10];
float med, var;
int i;
Endereço da primeira
posição do vetor passada
por parâmetro.
for (i=0; i<10; i++)
scanf("%f", &v[i]);
med = media(10, v);
var = variancia(10, v, med);
printf("Media = %f Variancia = %f \n", med, var);
return 0;
}
Vetores e Funções – Exemplo 2
/
* Incrementa elementos de um vetor */
include <stdio.h>
#
void incr_vetor(int n, int *v)
{
int i;
A função pode alterar os valores dos
elementos do vetor, pois recebe o
endereço do primeiro elemento do vetor
for (i=0; i<n; i++)
v[i]++;
}
(
e não os elementos propriamente ditos)
int main(void)
{
int a[] = {1, 3, 5};
incr_vetor(3,a);
printf("%d %d %d \n", a[0], a[1], a[2]);
return 0;
}
Uso da Memória
•
•
Uso por variáveis globais (e estáticas):
–
espaço reservado para uma variável global fica disponível enquanto o
programa estiver sendo executado;
Uso por variáveis locais:
–
espaço disponível apenas enquanto a função que declarou a variável
está sendo executada;
–
liberado para outros usos quando a execução da função termina;
•
Variáveis globais ou locais podem ser simples ou vetores:
–
para vetor, é necessário informar o número máximo de elementos pois
o compilador precisa calcular o espaço a ser reservado;
Uso da Memória
•
Alocação dinâmica:
–
–
–
espaço de memória é requisitado em tempo de execução;
espaço permanece reservado até que seja explicitamente liberado;
depois de liberado, o espaço ficará disponível para outros usos e não
poderá mais ser acessado;
–
o espaço alocado e não liberado explicitamente será automaticamente
liberado ao final da execução;
Uso da Memória
•
•
Memória estática:
–
–
–
código do programa
variáveis globais
variáveis estáticas
Memória dinâmica:
–
variáveis alocadas
dinamicamente
–
–
memória livre
variáveis locais
Uso da Memória
•
•
Alocação dinâmica de memória:
–
usa a memória livre;
–
se o espaço de memória livre for
menor que o espaço requisitado a
alocação não é feita . O programa
deve tratar tal situação;
Pilha de execução:
–
utilizada para alocar memória
quando ocorrer a chamada de uma
função:
•
sistema reserva o espaço para as
variáveis locais da função;
•
quando a função termina o espaço é
liberado (desempilhado);
–
se a pilha tentar crescer mais do que
o espaço disponível o programa será
abortado.
Alocação Dinâmica
•
A biblioteca padrão <stdlib.h> possui um conjunto de
funções para tratar a alocação dinâmica de memoria:
void * malloc(int num_bytes);
int sizeof(type);
void free(void *p);
Alocação Dinâmica
void * malloc(int num_bytes);
•
•
Recebe como parâmetro o número de bytes que se deseja
alocar;
Retorna um ponteiro genérico para o endereço inicial da área
de memória alocada, se houver espaço livre:
–
–
–
o ponteiro genérico é representado por void*
ele é pode ser convertido para o tipo apropriado
deve-se convertê-lo explicitamente
•
Retorna um endereço nulo (NULL) se não houver espaço livre.
Alocação Dinâmica
int sizeof(type);
•
•
Retorna o número de bytes necessários para representar
valores de um determinado tipo.
Exemplos:
–
–
–
char (1 byte)
int (4 bytes)
double (8 bytes)
void free(void *p);
•
Recebe como parâmetro o ponteiro para a área de memória a
ser liberada (alocada dinamicamente em um passo anterior)
Alocação Dinâmica - Exemplo
•
Alocação dinâmica de um vetor de inteiros com 10 elementos:
int *v;
v = (int *) malloc(10 * sizeof(int));
–
O malloc retorna o endereço do início da área alocada para armazenar
o vetor de inteiros;
–
–
O ponteiro é convertido para um ponteiro de inteiro;
O ponteiro de inteiro *v recebe o endereço inicial do espaço alocado.
Alocação Dinâmica - Exemplo
int *v;
v = (int *) malloc(10 * sizeof(int));
1
int *v
Abre-se espaço na pilha para o
ponteiro (variável local)
- Declaração:
2 - Comando:
v = (int *)malloc(10 * sizeof(int))
Reserva espaço de memória da área livre e atribui
endereço à variável
Alocação Dinâmica - Exemplo
int *v;
v = (int *) malloc(10 * sizeof(int));
•
•
varmazena endereço inicial de uma área contínua de
memória suficiente para armazenar 10 valores inteiros;
v pode ser tratado como um vetor declarado estaticamente
–
–
–
–
vaponta para o inicio da área alocada;
v[0] acessa o espaço para o primeiro elemento;
v[1] acessa o segundo;
.... até v[9]
Alocação Dinâmica - Exemplo
•
Tratamento de erro após chamada de malloc
–
imprime mensagem de erro;
–
aborta o programa (com a função exit);
int *v;
v = (int*) malloc(10 * sizeof(int));
if (v == NULL)
{
printf("Memoria insuficiente.\n");
exit(1); /* aborta o programa - retorna 1 */
}
...
free(v);
Alocação Dinâmica - Exemplo
#include <stdlib.h>
int main (void)
{
float *v;
float med, var;
int i, n;
printf("Entre n e depois os valores\n");
scanf("%d",&n);
v = (float *) malloc(n * sizeof(float));
if (v == NULL)
{
printf("Falta memoria\n");
exit(1);
}
[continua…]
Alocação Dinâmica - Exemplo
for (i = 0; i < n; i++)
{
scanf("%f", &v[i]);
}
med = media(n, v);
var = variancia(n, v, med);
printf ("Media = %f Variancia = %f \n", med, var);
free(v);
return 0;
}
Alocação Dinâmica – Exemplo 2
•
•
Exemplo: armazenar as notas dos alunos de uma
turma em um vetor e em seguida calcular a média da
turma.
Podemos dividir o programa em funções:
–
Uma função para ler os valores e armazená-los em um vetor;
–
Uma função para calcular a média;
#
#
include <stdio.h>
include <stdlib.h>
void ler_dados(float *vet, int num)
{
int i;
for(i=0;i<num;i++)
{
printf("Entre com o valor %d: ", i+1);
scanf("%f", &vet[i]);
}
}
float calcula_media(float *vet, int num)
{
float soma = 0.0;
int i;
for(i=0;i<num;i++)
soma = soma + vet[i];
return soma/num;
}
[continua…]
int main (void)
{
float *notas;
int alunos;
printf("Digite o total de alunos da turma: ");
scanf("%d", &alunos);
notas = (float *) malloc(alunos * sizeof(float));
ler_dados(notas, alunos);
printf("Media: %.2f\n.", calcula_media(notas, alunos));
free(notas);
return 0;
}
Vetores Locais e Funções
•
•
Área de memória de uma variável local:
–
só existe enquanto a função que declara a variável estiver sendo
executada;
–
requer cuidado quando da utilização de vetores locais dentro de
funções.
Exemplo:
–
produto vetorial de dois vetores u e v em 3D, representados pelas três
componentes x, y, e z:
Vetor Declarado Localmente
float* prod_vetorial(float* u, float* v)
{
float p[3];
p[0] = u[1]*v[2] – v[1]*u[2];
p[1] = u[2]*v[0] – v[2]*u[0];
p[2] = u[0]*v[1] – v[0]*u[1];
return p;
}
•
Variável pdeclarada localmente:
área de memória que a variável pocupa deixa de ser válida quando a
função prod_vetorialtermina;
–
–
função que chama prod_vetorial não pode acessar a área
apontada pelo valor retornado.
Vetor Alocado Dinamicamente
float* prod_vetorial(float* u, float* v)
{
float *p = (float*) malloc(3 * sizeof(float));
p[0] = u[1]*v[2] – v[1]*u[2];
p[1] = u[2]*v[0] – v[2]*u[0];
p[2] = u[0]*v[1] – v[0]*u[1];
return p;
}
•
A variável precebe endereço inicial da área alocada
dinamicamente:
–
área de memória para a qual a variável paponta permanece válida
mesmo após o término da função prod_vetorial;
–
a variável pserá destruída após o término da função
prod_vetorial;
Vetor Alocado Dinamicamente
float* prod_vetorial(float* u, float* v)
{
float *p = (float*) malloc(3 * sizeof(float));
p[0] = u[1]*v[2] – v[1]*u[2];
p[1] = u[2]*v[0] – v[2]*u[0];
p[2] = u[0]*v[1] – v[0]*u[1];
return p;
}
•
A variável precebe endereço inicial da área alocada
dinamicamente:
–
a função que chama prod_vetorial pode acessar a área
apontada pelo valor retornado;
–
problema: alocação dinâmica para cada chamada da função:
•
•
ineficiente do ponto de vista computacional;
requer que a função que chama seja responsável pela liberação do espaço alocado.
Vetor Alocado Previamente
void prod_vetorial(float* u, float* v, float* p)
{
p[0] = u[1]*v[2] – v[1]*u[2];
p[1] = u[2]*v[0] – v[2]*u[0];
p[2] = u[0]*v[1] – v[0]*u[1];
}
•
Espaço de memória para o resultado passado pela função que
chama:
–
função prod_vetorial recebe três vetores:
•
•
dois vetores com dados de entrada;
um vetor para armazenar o resultado;
–
solução mais adequada, pois não envolve alocação dinâmica
Exercício 1
a) Crie uma função para separar as notas baixas de uma turma
em um novo vetor. Uma nota é considerada baixa se ela
estiver abaixo de 5.0.
–
A função deve receber como parâmetro um vetor contendo as notas
da turma, o número total de notas e um ponteiro de inteiro onde
deverá ser especificado o número de notas baixas encontradas;
–
A função deve retorna um ponteiro para um vetor alocado
dinamicamente contendo todas as notas baixas da turma;
float *notas_baixas(float *notas, int n, int *totalbaixas);
Exercício 1a - Solução
float *notas_baixas(float *vnotas, int n, int *totalbaixas)
{
ponteiro que guardará
o endereço do vetor
das notas baixas
float *notasbaixas;
int i, j;
*totalbaixas = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
{
conta quantas notas
abaixo de 5 existem
if (vnotas[i] < 5)
(*totalbaixas)++;
}
se não há notas abaixo
de 5, retorna NULL
sem criar um vetor
if (*totalbaixas == 0)
return NULL;
notasbaixas = (float*) malloc(*totalbaixas * sizeof(float));
aloca memória para o
novo vetor
if (notasbaixas == NULL)
return NULL;
verifica se foi possível
alocar a memoria
j = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
{
if (vnotas[i] < 5)
preenche o novo vetor
com as notas baixas
{
notasbaixas[j] = vnotas[i];
j++;
}
}
retorna o endereço do
novo vetor
return notasbaixas;
}
Exercício 1
b) Crie um programa que utilize a função notas_baixas
para encontrar e listar as notas baixas de uma turma cujo
número de alunos e as notas de cada aluno devem ser
informados pelo usuário.
Exercício 1b - Solução
int main(void)
{
ponteiros para guardar os
endereços dos vetores de
notas e notas baixas
float *vet_notas;
float *vet_baixas;
int i, n, total_baixas;
aloca memória para o
vetor de notas
printf("Digite o numero de notas: ");
scanf("%d", &n);
vet_notas = (float*) malloc(n * sizeof(float));
if (vet_notas == NULL)
{
verifica se foi possível
alocar a memoria
printf("Erro: Falta de memoria!\n");
exit(1);
}
for (i = 0; i < n; i++)
{
lê as notas e as armazena
no vetor
printf("Digite a nota: ");
scanf("%f", &vet_notas[i]);
}
vet_baixas = notas_baixas(vet_notas, n, &total_baixas);
obtêm o vetor de
notas baixas
if (vet_baixas == NULL)
printf("Não existem notas baixas!\n");
else
{
printf("Notas baixas: ");
for (i = 0; i < total_baixas; i++)
printf("%f ", vet_baixas[i]);
}
imprime as notas
baixas encontradas
if (vet_baixas != NULL)
free(vet_baixas);
libera a memória alocada
dinamicamente
free(vet_notas);
return 0;
}
Resumo
•
Comandos e funções para gerência de memória:
–
–
sizeofretorna o número de bytes ocupado por um tipo;
mallocrecebe o número de bytes que se deseja alocar:
•
•
retorna um ponteiro para o endereço inicial, ou
retorna um endereço nulo (NULL)
–
freerecebe o ponteiro da memória a ser liberada.
Leitura Complementar
•
Waldemar Celes, Renato Cerqueira, José Lucas
Rangel, Introdução a Estruturas de Dados, Editora
Campus (2004).
•
Capítulo 5 – Vetores e Alocação Dinâmica
Exercícios
Lista de Exercícios 02 – Vetores e Alocação Dinâmica
http://www.inf.puc-rio.br/~elima/prog2/