Книга: Язык программирования Си для персонального компьютера

Виды моделей

Виды моделей

Применение моделей памяти позволяет контролировать распределение памяти в программе и делать его более эффективным или адекватным решаемой задаче. По умолчанию в процессе компиляции и редактирования связей генерируется код для работы в малой (small) модели. Для большинства программ этой модели достаточно. Существуют, однако, два условия, когда малая модель не годится; если программа удовлетворяет хотя бы одному из них, следует использовать другую модель памяти:

—размер кода программы превышает 64 Кбайта;

—размер статических данных программы превышает 64 Кбайта.

Имеется два варианта выбора модели памяти для программы: назначить при компиляции новую модель вместо действующей по умолчанию малой либо использовать в объявлении объектов программы модификаторы near, far, huge. Можно также комбинировать эти способы.

Архитектура микропроцессора типа 8086/8088 предусматривает разбиение оперативной памяти на физические сегменты. Размер одного сегмента не превышает 64 Кбайта. Минимальное количество сегментов, которое выделяется программе, равно двум: один для кода, другой для статических данных. Эти сегменты называются стандартными. Малая модель памяти использует только эти два сегмента. Другие модели позволяют выделять программе более одного сегмента кода и/или данных.

Статические данные — это все данные, объявленные в программе с классом памяти extern или static. Формальные параметры функций и локальные переменные функций и блоков не являются статическими данными. Они хранятся не в сегменте данных, а в сегменте стека. Он обычно совмещен со стандартным сегментом данных физически.

Помимо статических данных, имеется возможность работать с динамической памятью с помощью стандартных библиотечных функций типа malloc. Динамическая память может выделяться как в отдельном сегменте (дальняя динамическая память), так и в стандартном сегменте данных, между концом статических данных и стеком (ближняя динамическая память).

Адрес оперативной памяти состоит из двух частей:

1) 16-битового числа, представляющего базовый адрес сегмента;

2) 16-битового числа, представляющего смещение внутри этого сегмента.

Для доступа к коду или данным, находящимся в стандартном сегменте, достаточно использовать только вторую часть адреса, т.е. смещение. В этом случае можно применить указатель, объявленный с модификатором near (ближний). Поскольку для доступа к объекту используется только одно 16-битовое число, применение указателей типа near компактно по занимаемой памяти и быстро по времени.

Если код или данные располагаются за пределами стандартных сегментов, для доступа к ним должны использоваться обе части адреса — и адрес сегмента, и смещение. Указатели для такого доступа объявляются с модификатором far (дальний). Доступ к объектам по указателям типа far занимает больше памяти и времени, однако позволяет адресовать всю оперативную память, а не только 64 Кбайта.

Имеется третий вид указателей — huge (максимальный). Адрес типа huge подобен адресу типа far, поскольку оба включают и адрес сегмента, и смещение. Однако адресная арифметика для far и huge адресов различается. Поскольку объекты, адресуемые far указателями, не выходят за границу адресуемого сегмента, действия адресной арифметики выполняются только над второй половиной адреса — над смещением. Это ускоряет доступ, однако ограничивает размер одного программного объекта 64 Кбайтами. Для указателей типа huge арифметические действия выполняются над всеми 32 битами адреса.

Тип адреса huge определен только для данных (массивов); никакой сегмент кода, т.е. никакой из исходных файлов, составляющих программу, не может сгенерировать больше 64 Кбайтов кода. Поэтому ключевое слово huge применимо только к элементам данных — массивам и указателям на них.

В малой (small) модели памяти программа занимает два стандартных сегмента: сегмент кода и сегмент данных, в котором размещен также стек. Как код, так и данные программы не могут превышать 64 Кбайтов; следовательно, суммарный размер программы не может превышать 128 Кбайтов. Малая модель подходит для большинства программ и потому назначается компилятором по умолчанию.

В малой модели для доступа к объектам кода или данных используются указатели типа near. Можно, однако, изменить это умолчание, применяя модификаторы far или huge для объявления элементов данных и модификатор far для функций.

В средней (medium) модели памяти для данных и стека программы выделяется один сегмент, а для кода — столько сегментов, сколько потребуется. Каждому исходному модулю программы выделяется собственный сегмент кода.

Средняя модель применяется обычно для программ с большим количеством операторов (более 64 Кбайтов кода), но сравнительно небольшим размером данных (менее 64 Кбайтов). Для доступа к функциям по умолчанию используются указатели типа far, для доступа к данным — указатели типа near. Можно, однако, изменить это умолчание, применяя модификаторы far или huge для объявления элементов данных и модификатор near для функций.

Средняя модель представляет разумный компромисс между скоростью выполнения и компактностью программы, поскольку большинство программ чаще обращается к данным, чем к функциям.

В компактной (compact) модели программному коду выделяется только один сегмент, а данным — столько сегментов, сколько потребуется. Компактная модель применяется для программ, небольших по количеству операторов, но работающих с большим объемом данных.

В компактной модели доступ к коду (функциям) производится по указателям типа near, а к данным — по указателям типа far. Это умолчание можно обойти, используя модификаторы near и huge для объявления данных и модификатор far для функций.

В большой (large) модели и под код, и под данные выделяется несколько сегментов. Большая модель используется для больших программ с большим объемом данных.

В большой модели доступ к элементам кода и данных производится по указателям типа far. Это умолчание можно обойти, используя модификаторы near и huge для объявления данных и модификатор near для функций.

Максимальная (huge) модель аналогична большой модели, за исключением того, что в ней снимается ограничение на размер массивов (указатели типа far, применяемые в большой модели, ограничивают размер отдельного элемента данных 64 Кбайтами). Некоторые ограничения, однако, налагаются на размер элементов huge массивов, если эти массивы превышают по размеру 64 Кбайта. В целях повышения эффективности адресации не допускается пересечения элементами массива границ сегмента. Из этого вытекает следующее:

1) Никакой элемент массива не может превышать по размеру 64 Кбайта.

2) Если размер массива больше 128 Кбайтов, размер его элементов (в байтах) должен быть степенью двойки (т. е. 2, 4, 8, 16 и т.д.). Если же размер массива меньше или равен 128 Кбайтам, то размер его элементов может быть от 1 байта до 64 Кбайтов (включительно).

Работая в максимальной модели, программист должен быть осторожен в применении операции sizeof и при вычитании указателей. В языке Си определено, что значение операции sizeof имеет тип unsigned int, однако число байтов в huge массиве может быть представлено только типом unsigned long. Для получения правильного значения в этом случае следует применять приведение типа операции sizeof:

(unsigned long)sizeof(huge_item)

Аналогично, результат вычитания указателей определен в языке Си как значение типа int. При вычитании указателей типа huge может оказаться, что результат имеет тип long. В этом случае также необходимо применить приведение типа:

(long)(huge_ptr1—huge_ptr2)

Оглавление книги