Определение и управление памятью указателей на структуры в стеке и куче в Delphi

Delphi , Синтаксис , Память и Указатели

При работе с памятью в программировании на Delphi важно уметь определять, к какой области памяти (стеку или куче) относится указатель. Это необходимо для корректного освобождения выделенной памяти и избежания утечек памяти. В данной статье мы рассмотрим, как можно определить, указывает ли указатель на структуру в стеке или в куче, и как управлять памятью в зависимости от этого.

Определение области памяти

Для начала, давайте разберемся с основными понятиями. В программировании стековая память автоматически освобождается при завершении выполнения функции, в то время как для освобождения кучевой памяти необходимо явно вызвать соответствующую функцию (например, FreeMem).

Пример кода

Для демонстрации рассмотрим простой пример структуры стека:

TMiniStack<T> = record
private
  SP: Integer;
  fData: array[0..DefaultStackSize - 1] of T;
public
  procedure Free;
  procedure Push(const Item: T); inline;
  function Pop: T; inline;
end;

И фабричный класс для создания экземпляров TMiniStack<T>:

StaticFactory<T> = class
public type
  PStack = ^TMiniStack<T>;
public
  class function Create(Size: integer = DefaultStackSize): PStack; static;
end;

Проблема

Пользователь сталкивается с проблемой: имея указатель на память, ему необходимо определить, указывает ли он на структуру, выделенную в куче (и, следовательно, должна быть освобождена), или на структуру в стеке (и не должна быть освобождена).

Решение

В качестве решения пользователь предлагает использовать поле IsHeapBased типа TGUID, которое включается только в отладочную сборку. В методе Free структуры TMiniStack<T> осуществляется проверка этого поля, и в случае, если указатель указывает на структуру в стеке, генерируется сообщение об ошибке.

{$IFDEF DEBUG}
MagicHeapFlag: TGUID = '{EF227045-27A9-4EF3-99E3-9D279D58F9A0}';
{$ENDIF}

class function MiniStack<T>.Create(Size: integer = DefaultSize): PStack;
begin
  Result:= AllocMem(SizeOf(TMiniStack<T>) - (DefaultSize * SizeOf(T)) + (Size * SizeOf(T)));
  Result.SP:= 0;
{$IFDEF DEBUG}
  Result.IsHeapBased:= MagicHeapFlag;
  Result.HeapSize:= Size;
{$ENDIF}
end;

{$IFDEF DEBUG}
function TMiniStack<T>.capacity: Integer;
begin
  if IsHeapBased = MagicHeapFlag then begin
    Result:= HeapSize;
  end
  else Result:= DefaultSize;
end;

procedure TMiniStack<T>.Free;
begin
{$IFDEF DEBUG}
  Assert(IsHeapBased <> MagicHeapFlag, 'Do not call free on stack based MiniStacks');
{$ENDIF}
  Finalize(Items, count);
  FreeMem(@Self);
end;

Подтвержденный ответ

Важно понимать, что различение между стеком и кучей - задача не из легких. Стек может быть разным для каждой отдельной нити выполнения, и для проверки указателей необходимо учитывать множество условий, что может привести к гонке данных и другим проблемам.

Альтернативный ответ

В качестве альтернативы можно было бы попытаться создать механизм, который определяет текущую глубину стека и, используя указатель стека, определять, находится ли данный адрес в пределах стека. Однако это потребует значительных усилий как в реализации, так и в выполнении на runtime.

Заключение

Лучшим решением будет избегать ситуаций, в которых потребуется различать стек и кучу. Это можно сделать, выбрав один из способов выделения памяти (статическое или динамическое) и не допуская другого. Если использовать record, то динамическое выделение памяти невозможно предотвратить, и предоставление метода Free может быть опасно и вводить в заблуждение потребителей record.

Вместо этого можно использовать интерфейс, реализовать TMiniStack<T> как объект с подсчетом ссылок и предоставить только интерфейс и фабричные типы. Это позволит потребителям не беспокоиться о выделении и освобождении памяти для TMiniStack<T>, так как подсчет ссылок будет это делать автоматически.

interface
type
  IMiniStack<T> = interface
    procedure Push(aValue: T);
    function Pop: T;
  end;
  MiniStack<T> = class
    class function Create(aSize: Integer): IMiniStack<T>; reintroduce;
  end;

implementation
type
  TMiniStack<T> = class(TInterfacedObject, IMiniStack<T>)
  private
    fItems: array of T;
  protected
    constructor Create(aSize: Integer);
    procedure Push(aValue: T);
    function Pop: T;
  end;

Это решение позволит избежать многих проблем, связанных с управлением памятью, и упростит работу с TMiniStack<T>.

Создано по материалам из источника по ссылке.

В статье рассматривается важность определения, к какой области памяти (стеку или куче) относится указатель в программировании на Delphi, для корректного управления памятью и предотвращения утечек.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Память и Указатели ::