Ponteiro em C: Alocação Dinâmica de Memória

Recentemente o Felipe Neves apresentou neste artigo um sistema para gerenciamento de memória chamado TLSF. Além disso, destacou que esse tópico é bem discutido por quem desenvolve sistemas embarcados, apresentando opiniões bem divergentes. No entanto, independente do sistema de alocação dinâmica de memória, será sempre necessário operar com endereços de memória! Assim sendo, neste artigo, será destacada a função do ponteiro.

Alocação Dinâmica de Memória

A alocação dinâmica de memória é um mecanismo utilizado para possibilitar que uma quantidade de memória seja reservada durante o tempo de execução de uma aplicação. A região de memória utilizada para alocação dinâmica é conhecida como heap. Para saber mais sobre como um programa é organizado em memória consulte o primeiro artigo sobre ponteiros ou artigo sobre TLSF do Felipe Neves.

A biblioteca C padrão define 4 funções para alocação dinâmica de memória. Essas quatro funções são definidas na biblioteca STDLIB.H:

• malloc;
• calloc;
• realloc;
• free.

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Veremos que em todas essas funções os ponteiros são utilizados! Mas antes será necessário apresentar um tipo de ponteiro que ainda não foi discutido nos artigos anteriores.

O Ponteiro void

Um ponteiro declarado como void é um ponteiro sem tipo! A função de um ponteiro void é simplesmente armazenar um endereço, pois nenhuma operação aritmética ou manipulação do conteúdo pode ser realizada. Um ponteiro do tipo void tem a seguinte forma:

void * nome_do_ponteiro;

Então, se em determinado momento é necessário apenas manter um endereço, um ponteiro void pode ser utilizado. Nas funções de alocação dinâmica essa característica pode ser observada uma vez que a função é genérica para qualquer tipo de dados.

Funções de Alocação Dinâmica de Memória

Começando pelas duas principais funções, malloc e free, temos as seguintes assinaturas:

void *malloc (size_t);

void free (void *);

O parâmetro size_t é utilizado para definir o tamanho de um bloco de dados que será alocado. Cabe ressaltar que o tamanho do bloco deve ser definido em bytes, sendo o operador sizeof, discutido no segundo artigo, essencial para garantir a portabilidade. Note que o retorno da função malloc é um ponteiro do tipo void. Esse ponteiro representa o endereço do bloco de dados alocado.

int * pt; //declaração do ponteiro para armazenar o endereço do bloco alocado

pt = (int *) malloc(10*sizeof(int)); //chamada da função malloc para reservar espaço para 10 elementos do tipo int

A função free, ao contrário da função malloc, deve ser utilizada para liberar um bloco alocado. É importante ressaltar que o endereço passado para função free deve ser um endereço obtido por uma das funções de alocação. Qualquer valor informado que não corresponda ao endereço inicial de um bloco alocado pode destruir o sistema de alocação.

int * pt; //declaração do ponteiro para armazenar o endereço do bloco alocado

pt = (int *) malloc(10*sizeof(int)); //chamada da função malloc para reservar espaço para 10 elementos do tipo int

//verifica se o endereço de retorno é válido
if(pt != NULL)
{
  //…operações com o ponteiro
}

free(pt); //chama a função free para liberar o bloco indicado por pt
pt = NULL; //atribui NULL para indicar que o ponteiro não tem um endereço válido

As outras duas funções de alocação são mostradas abaixo:

void *calloc (size_t, size_t);

void *realloc (void *, size_t);

A função calloc tem a mesma operação malloc, isto é, reserva um bloco de memória com base na quantidade de bytes informada. A diferença está nos parâmetros recebidos. Essa função recebe no primeiro parâmetro a quantidade de elementos que serão alocados, já no segundo parâmetro é informado o tamanho do tipo de dado.

int * pt; //declaração do ponteiro para armazenar o endereço do bloco alocado

pt = (int *) calloc(10, sizeof(int)); //chamada da função calloc para reservar espaço para 10 elementos do tipo int

A função realloc pode ser utilizada para redimensionar um bloco. Deste modo, um bloco pode aumentar ou diminuir o seu tamanho em tempo de execução. Para esse tipo de operação a função realloc deve receber o endereço do bloco alocado e o tamanho em bytes que será definido na operação. O retorno da função é o endereço do novo bloco alocado.

int * pt; //declaração do ponteiro para armazenar o endereço do bloco alocado

pt = (int *) malloc(10*sizeof(int)); //chamada da função malloc para reservar espaço para 10 elementos do tipo int

if (pt == NULL)
{
   //memória insuficiente
}
else
{
    pt = (int *) realloc(pt, 10*sizeof(int)); //chama a função realloc para reservar espaço para mais 10 elementos

    if (pt == NULL)
    {
      //memória insuficiente
    }
}

free(pt); //chama a função free para liberar o bloco indicado por pt
pt = NULL; //atribui NULL para indicar que o ponteiro não tem um endereço válido

Dever do programador

Cabe ressaltar que em todas as funções de alocação dinâmica é necessário validar o endereço retornado, pois essas funções retornam NULL se a quantidade informada não pode ser alocada. Lembre-se, do primeiro artigo, que o valor NULL não impede erros de execução, porém fornece uma alternativa para testar se o ponteiro armazena um endereço válido. Em alguns compiladores é necessário realizar o cast do endereço retornado. No padrão ANSI não é necessário, ficando a critério do programador realizar o cast de forma explícita.

Outro ponto muito importante é que a linguagem C não possui um gerenciamento automático do heap. Diante disso, é dever do programador liberar toda memória alocada na aplicação, evitando o que é chamado memory leak. O Sergio Prado já discutiu esse assunto e apresentou algumas ferramentas de teste. Vale a pena conferir!

• Memory leak em linguagem C.
• Analisando código-fonte em C/C++ com a ferramenta Cppcheck.

Conclusão

Independente do mecanismo utilizado num sistema de alocação dinâmica os ponteiros têm uma função especial. Por tratar-se de um mecanismo dinâmico, isto é, que varia conforme a execução do programa, os ponteiros oferecem os recursos necessários para manipular endereços de blocos de memória. Esse assunto torna-se importante para discutir um tópico conhecido como tipo de dados abstrato.

Referências

Fonte da imagem destacada: https://listamaze.com/top-10-programming-languages-for-job-security/