1. Углубленное
программирование
на языке C++
Алексей Петров

2. Обзор курса. Модуль №1
Модуль №1. Углубленное программирование на языке C.
Управление памятью
•
•
•
•
Лекция №1. Цели и задачи курса. Язык C11. Основы организации и
использования оперативной и сверхоперативной памяти в программах
на языке C
Практикум №1. Адресная арифметика. Одномерные массивы и строки.
Алгоритмы их обработки
Лекция №2. Дополнительные вопросы организации и использования
оперативной и сверхоперативной памяти в программах на языке C
Практикум №2. Многомерные массивы и прочие составные типы языка C.
Алгоритмы их обработки. Взаимодействие с ОС
2

3. Обзор курса. Модуль №2
Модуль №2. Объектная модель языка С++. Безопасное
программирование
•
•
•
•
•
Лекция №3. Специальные вопросы инкапсуляции
Лекция №4. Специальные вопросы наследования и полиморфизма.
Множественное и виртуальное наследование. Динамическая идентификация
типов (RTTI)
Практикум №3. Проектирование полиморфной иерархии классов повышенного
уровня сложности
Лекция №5. Шаблоны классов и методов. Обработка исключительных ситуаций.
Обобщенное и безопасное программирование
Практикум №4. Разработка и обеспечение безопасности полиморфной
иерархии с шаблонами классов
3

4. Обзор курса. Модуль №3
Модуль №3. Библиотеки для промышленной разработки ПО:
STL, Boost
•
•
•
Лекция №6. Практическое введение в STL. Функциональное программирование
в C++11
Лекция №7. Практическое введение в Boost
Практикум №5. Оптимизация полиморфной иерархии классов с использованием
элементов библиотек STL и Boost
4

5. Обзор курса. Модуль №4
Модуль №4. Шаблоны объектно-ориентированного
проектирования. Основы промышленной разработки ПО
•
•
•
•
Лекция №8. Принципы и шаблоны объектно-ориентированного проектирования.
Базовые шаблоны, шаблоны GoF
Практикум №6. Оптимизация полиморфной иерархии классов с использованием
шаблонов объектно-ориентированного проектирования однопоточных
приложений
Лекция №9. Идиоматика C++. Основы рефакторинга и качество исходного кода.
Стандарты кодирования и методологии разработки ПО
Практикум №7. Рефакторинг и документирование объектноориентированного исходного кода
5

6. Лекция №1. Цели и задачи
курса. Язык C11. Основы
использования памяти в
программах на языке C
1. Язык C в современной
промышленной разработке. Новое в
языке C11.
2. Основы препроцессорной обработки.
3. Вопросы управления памятью и
производительность кода.
4. Физическая и логическая
организация оперативной и
сверхоперативной памяти.
5. Классы памяти в языке C.
6. Указатели и арифметика
указателей. Одномерные массивы и
строки.
7. Постановка индивидуальных задач к
практикуму №1.
6

7. Цель и структура курса
Цель курса — сформировать практические навыки и умения,
необходимые специалистам по разработке программного
обеспечения (ПО) для участия в проектах промышленной
разработки среднего уровня сложности, в том числе для
замещения стажерских должностей разработчиков серверной
части высоконагруженных приложений.
Состав курса — 9 лекций, 7 практикумов.
Для сравнения:
 весна 2013 — 10 лекций, 6 практикумов;
 осень 2012 — 12 лекций, 4 практикума.
Общая аудиторная нагрузка — 64 акад. часа:
 лекционные занятия — 36 акад. часов;
 практические работы — 28 акад. часа.
7

8. Чему научимся?
Практический результат (1 / 2)
Обязательно:
 моделировать систему при помощи UML-диаграмм классов;
 разрабатывать код на языке C / C++;
 создавать качественный код в структурной и объектноориентированной парадигме;
 использовать приемы обобщенного и безопасного программирования;
 применять промышленные библиотеки STL, Boost;
 внедрять в продукт классические архитектурные шаблоны GoF;
 оценивать качество и выполнять рефакторинг исходного программного
кода;
 презентовать и защищать свои разработки перед аудиторией.
8

9. Чему научимся?
Практический результат (2 / 2)
По желанию:
 моделировать варианты использования продукта;
 выполнять кодогенерацию по UML-моделям;
 использовать новые возможности языка C++11;
 писать многопоточные приложения;
 создавать POSIX-совместимый переносимый исходный код;
 реализовывать графический интерфейс пользователя в Qt.
9

10. Организационные положения
Расписание занятий:
 постановка задач к практикумам — на лекциях №№1, 2, 3, 4, 6, 8 и 9
(работа выполняется индивидуально и в парах!).
Регламент занятия:
 продолжительность — 4 акад. часа с 1 или 2 перерывами общей
продолжительностью до 10 минут;
 вопросы — общезначимые: в любое время (во время пауз или по
поднятию руки!), индивидуальные: в перерыве или после занятия;
 ведение профессиональной видеосъемки (задавайте вопросы по
существу и разборчиво!).
Знакомство с аудиторией:
 известные языки программирования (C, C++, Java);
 опыт разработки, известные среды и технологии.
10

11. Рекомендуемая литература (1 / 5)
 Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектноориентированного проектирования. Паттерны проектирования. — Питер,
2007. — 366 с.
 Дейтел Х., Дейтел П. Как программировать на C++. — Бином-Пресс, 2009. —
800 с.
 Дьюхэрст С. Скользкие места С++. Как избежать проблем при
проектировании и компиляции ваших программ. — ДМК Пресс, 2012. —
264 с.
 Кериевски Дж. Рефакторинг с использованием шаблонов. — Вильямс, 2006.
— 400 с.
 Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования C. — Вильямс, 2012. — 304 с.
 Коплиен Дж. Программирование на C++. — Питер, 2005. — 480 с.
11

12. Рекомендуемая литература (2 / 5)
 Липпман С., Лажойе Ж. Язык программирования C++. Вводный курс. —
Невский Диалект, ДМК Пресс. — 1104 с.
 Липпман С., Лажойе Ж., Му Б. Язык программирования C++. Вводный курс. —
Вильямс, 2007. — 4-е изд. — 896 с.
 Лишнер Р. STL. Карманный справочник. — Питер, 2005. — 188 с.
 Макконнелл С. Совершенный код. Мастер-класс. — Русская редакция, 2012.
— 896 с.
 Мейерс С. Наиболее эффективное использование C++. 35 новых
рекомендаций по улучшению ваших программ и проектов. — ДМК Пресс,
2012. — 298 с.
 Мейерс С. Эффективное использование C++. 55 верных советов улучшить
структуру и код ваших программ. — ДМК Пресс, 2006. — 300 с.
12

13. Рекомендуемая литература (3 / 5)
 Мюссер Д., Дердж Ж., Сейни А. C++ и STL. Справочное руководство. —
Вильямс, 2010. — 432 с.
 Прата С. Язык программирования C. Лекции и упражнения. — Вильямс, 2013.
— 960 с.
 Прата С. Язык программирования C++. Лекции и упражнения. — Вильямс,
2012. — 6-е изд. — 1248 с.: ил.
 Саммерфилд М. Qt. Профессиональное программирование. Разработка
кроссплатформенных приложений на C++. — Символ-Плюс, 2011. — 560 с.
 Саттер Г. Новые сложные задачи на C++. — Вильямс, 2005. — 272 с.
 Саттер Г. Решение сложных задач на C++. — Вильямс, 2008. — 400 с.
 Саттер Г., Александреску А. Стандарты программирования на C++. —
Вильямс, 2008. — 224 с.
 Седжвик Р. Алгоритмы на C++. — Вильямс, 2011. — 1056 с.
13

14. Рекомендуемая литература (4 / 5)
 Страуструп Б. Программирование. Принципы и практика использования C++.
— Вильямс, 2011. — 1248 с.
 Страуструп Б. Язык программирования C++. — Бином, 2011. — 1136 с.
 Фаулер М. Рефакторинг. Улучшение существующего кода. — Символ-Плюс,
2008. — 432 с.
 Шилдт Г. C++: базовый курс. — Вильямс, 2008. — 624 с.
 Шилдт Г. C++. Методики программирования Шилдта. — Вильямс, 2009. — 480
с.
 Шилдт Г. Полный справочник по C. — Вильямс, 2009. — 704 с.
 Шилдт Г. Полный справочник по C++. — Вильямс, 2007. — 800 с.
 Шлее М. Qt 4.8. Профессиональное программирование на C++. — БХВПетербург, 2012. — 894 с.
14

15. Рекомендуемая литература (5 / 5)
 Abrahams, D., Gurtovoy, A. C++ Template Metaprogramming: Concepts, Tools, and
Techniques from Boost and Beyond (Addison Wesley Professional, 2004).
 Demming, R., Duffy, D.J. Introduction to the Boost C++ Libraries; Volume I –
Foundations (Datasim Education BV, 2010).
 Demming, R., Duffy, D.J. Introduction to the Boost C++ Libraries; Volume II –
Advanced Libraries (Datasim Education BV, 2012).
 Drepper, U. What Every Programmer Should Know About Memory (2007). URL:
http://people.redhat.com/drepper/cpumemory.pdf.
 King K. C Programming: A Modern Approach, 2nd ed. (W. W. Norton & Co., 2008).
 Meyers, S. CPU Caches and Why You Care. URL:
http://aristeia.com/TalkNotes/PDXCodeCamp2010.pdf
 Musser, D.R., Saini, A. STL Tutorial and Reference Guide: C++ Programming with
the Standard Template Library (Addison-Wesley, 1995).
15

16. Web-ресурсы и онлайн-книги
 Официальный Web-сайт проекта Boost: http://www.boost.org/.
 Официальный Web-сайт проекта Eclipse: http://www.eclipse.org/.
 Справка по языкам C / C++: http://ru.cppreference.com/w/,
http://en.cppreference.com/w/.
 C Programming: http://en.wikibooks.org/wiki/C_Programming.
 Google C++ Style Guide: http://googlestyleguide.googlecode.com/svn/trunk/cppguide.xml
 More C++ Idioms: http://en.wikibooks.org/wiki/More_C%2B%2B_Idioms.
 Schäling, B. The Boost C++ Libraries: http://en.highscore.de/cpp/boost/.
16

17. Блог дисциплины
 Размещен по адресу: http://tp.mail.ru/blog/cpp/
 Что делать:
 подписаться на обновления;
 изучить более ранние записи;
 задавать вопросы;
 участвовать в опросах и обсуждениях.
17

18. Язык C в современной
промышленной разработке
 Разработанный в начале 1970-х гг. язык C
по-прежнему активно используется в практике
программирования:
 ядра операционных систем: Linux, Windows NT, z/OS;
 инструментальные средства: gdb, vi / vim, gedit;
 системы управления БД: MySQL, Oracle Database;
 Web-серверы: Apache, nginx;
 проекты Mail.Ru Group: ICQ, tarantool и пр.
 Особый интерес представляет применение С
в *nix-проектах с высокой нагрузкой или высокой
доступностью.
18

19. Основы препроцессорной обработки
 Препроцессор анализирует исходный код программы до
компиляции, следуя предназначенным ему директивам.
 Директивы препроцессора:
 обычно имеют первым символом # («решетку»);
 распространяют свое действие от точки вхождения до конца файла.
 Типичными директивами препроцессора являются:
 #include — включает в текст файлы с исходным кодом;
 #define — вводит в исходный код символические константы и
макроопределения (обратная директива — #undef);
 #if, #ifdef, #ifndef, #else, #elif, #endif — реализуют условное включение
фрагментов исходного кода в текст, передаваемый компилятору;
 #error — возбуждает ошибку времени компиляции;
 #pragma — осуществляет действие, определяемое реализацией
компилятора.
19

20. Основы препроцессорной обработки:
пример использования #define
#define SIZE 100
#define PRINT_X printf("X:t%7dn", &x)
#define CUBE(N) (N) * (N) * (N)
int a[SIZE];
// эквивалентно: int a[100];
PRINT_X;
// эквивалентно: printf("X:t%7dn", &x);
printf("%dn", CUBE(SIZE));
// эквивалентно:
// printf("%dn", 100 * 100 * 100);
20

21. Основы препроцессорной обработки:
пример условной компиляции и #error
// выбор генератора псевдослучайных чисел
#ifdef ANSI_C_LIKE
#define A 1103515245
#define C 12345
#else
#define A 22695477
#define C 1
#endif
// выброс ошибки, если компилятор не является компилятором C++
#ifndef __cplusplus
#error A C++ compiler is required!
#endif
21

22. Вопросы управления памятью и
производительность кода: зачем?
Неоптимальная работа с
памятью становится
ограничивающим фактором
для большинства программ.
Проблему усугубляет рост
сложности подсистемы памяти,
в частности — механизмов
кэширования и пр.
22

23. Модели управления памятью
и области видимости объектов данных
 Предлагаемые языком C модели управления объектами данных
(переменными) закреплены в понятии класса памяти, которое
охватывает:
 время жизни — продолжительность хранения объекта в памяти;
 область видимости — части исходного кода программы, из которых
можно получить доступ к объекту по идентификатору;
 связывание — части исходного кода, способные обращаться к объекту
по его имени.
 Для языка C характерны три области видимости:
 блок — фрагмент кода, ограниченный фигурными скобками (напр.
составной оператор), либо заголовок функции, либо заголовок
оператора for, while, do while и if;
 прототип функции;
 файл.
23

24. Связывание объектов данных
 Объекты данных, видимые в пределах блока и прототипа
функции, связывания не имеют (замкнуты в областях, где
определены).
 Для объектов, видимых в пределах файла (глобальных), язык
предлагает два варианта связывания:
 внутреннее — объект является «приватным» для файла и может
использоваться лишь в нем (но любой функцией!);
 внешнее — объект может использоваться в любой точке
многофайловой программы.
24

25. Связывание объектов данных: пример
// область видимости: прототип функции
int foo(double *d, int n);
// область видимости: блок
for(int i = 0; i < n; i++) {
int bar;
// ...
}
// область видимости: файл, внутреннее связывание
static int count = 0;
// область видимости: файл, внешнее связывание
double accuracy = 0.001;
25

26. Время жизни объектов данных
 Объекты данных в программах на языке С имеют статическую
или автоматическую продолжительность хранения:
 время жизни статических объектов тождественно времени выполнения
программы;
 время жизни автоматических объектов в целом тождественно времени
выполнения охватывающего их блока.
 Статическими являются, главным образом, объекты, видимые в
пределах файла. Спецификатор static при таком объекте
определяет только тип связывания, но не время жизни объекта.
 Автоматическими является большинство объектов, видимых в
пределах блока.
26

27. Инициализация объектов данных
 Статические объекты неявно инициализируются нулем
(0, '0‘), автоматические объекты неявно не инициализируются
вообще.
 Для явной инициализации статических объектов должны
использоваться константные выражения, вычислимые
компилятором.
 Например:
char
space
size_t int_sz
= 0x20;
// верно
= sizeof(int);
// верно
size_t int10_sz = 10 * int_sz;
// неверно
27

28. Классы памяти в языке C
Класс памяти
Время жизни
Область
видимости
Тип
связывания
Точка
определения
Автоматический Автоматическое
Блок
Отсутствует
В пределах блока,
опционально auto
Регистровый
Блок
Отсутствует
В пределах блока,
register
Статический, без Статическое
связывания
Блок
Отсутствует
В пределах блока,
static
Статические, с
внешним
связыванием
Статическое
Файл
Внешнее
Вне функций
Статические, с
внутренним
связыванием
Статическое
Файл
Внутреннее
Вне функций,
static
Автоматическое
28

29. Автоматические и регистровые
переменные: пример
// автоматические переменные
int foo(unsigned u)
{
auto int bar = 42;
// ...
}
// регистровые переменные
int get_total(register int n)
{
// ...
for(register int i = 0; i < n; i++)
// ...
}
29

30. Размещение объектов данных
на регистрах процессора
 Применение ключевого слова register для активно
используемых переменных:
 несет все риски «ручной оптимизации» кода и полезно преимущественно
для встроенных систем и аппаратных архитектур, не имеющих
компиляторов C с долгой историей (gcc разрабатывается с 1987 г.);
 относится к регистрам ЦП (в x86/x86-64: AX, EBX, RCX и т.д.), но не кэшпамяти ЦП 1-го или 2-го уровня;
 является рекомендацией для компилятора, но не требованием к нему;
 вполне может игнорироваться компилятором, который будет
действовать «на свое усмотрение» (например, разместит переменную на
регистре, потребность в котором возникнет позднее всего).
 Операция взятия адреса переменной со спецификатором
register недопустима вне зависимости от того, размещена ли
она фактически на регистре.
30

31. Статические объекты с внутренним
связыванием и без связывания: пример
// без связывания:
// статические внутренние объекты функций
int callee(int n)
{
static int counter = 0; // не часть функции!
// …
}
// с внутренним связыванием:
// статические внутренние объекты файлов
static double epsilon = 0.001;
int foo(double accuracy)
{
if(accuracy < epsilon) // ...
}
31

32. Статические объекты с внешним
связыванием: пример
// с внешним связыванием:
// статические внешние объекты ("внешняя память")
double
time;
// внешнее определение
long int
fib[100]; // внешнее определение
extern char space;
// внешнее описание
// (объект определен в другом файле)
int main(void)
{
extern double time;
extern long int fib[];
// необязательное описание
// необязательное описание;;
// размер массива необязателен
// ...
}
32

33. Классы памяти функций
 Применительно к невстраиваемым функциям различают два
класса памяти:
 внешний — выбирается компилятором по умолчанию и позволяет
ссылаться на функцию (вызывать ее) из любой точки многофайловой
программы;
 статический — выбирается при наличии спецификатора static и
позволяет изолировать функцию в том файле, где она определена.
 Например:
int one(void);
// внешнее определение
// статическое определение
static int two(void);
// необязательное внешнее описание
extern int three(void);
33

34. Операция sizeof и тип size_t
 Унарная операция sizeof:
 допускает скобочную и бесскобочную (только для переменных) нотацию:
sizeof a или sizeof(T);
 возвращает объем памяти, выделенной под объект простого или
составного типа, в байтах как значение переносимого типа size_t,
являющегося псевдонимом одного из базовых беззнаковых целых типов
(ср. int32_t и пр.).
 не учитывает возможного выравнивания объекта.
 Использование вычисляемых компилятором конструкций вида
sizeof(T) не влияет на производительность кода, но повышает
переносимость.
34

35. Указатели и арифметика указателей.
Тип ptrdiff_t
 Стандартные указатели типа T* как составной тип языка C и
символический способ использования адресов можно условно
считать «шестым классом памяти», важной особенностью
которого является поддержка специфической арифметики.
 Пусть p, p2 — указатели типа T*, а n — значение целого типа
(желательно — ptrdiff_t). Тогда:
 p + n либо n + p — адрес, смещенный относительно p на n единиц
хранения размера sizeof(T) в направлении увеличения адресов
(«вправо»);
 p – n — адрес, смещенный относительно p на n единиц хранения
размера sizeof(T) в направлении уменьшения адресов («влево»);
 p++ либо ++p, p-- либо --p — аналогичны p + 1 и p – 1, соответственно;
 p – p2 — разность содержащихся в указателях адресов, выраженная в
единицах хранения и имеющая тип ptrdiff_t. Разность положительна при
условии, что p расположен в пространстве адресов «правее» p2.
35

36. Одномерные массивы (строки)
 Для одномерного массива T a[N] в языке C справедливо:
 массивы поддерживают полную и частичную инициализацию, в том числе
с помощью выделенных инициализаторов;
 в частично инициализированных массивах опущенные значения
трактуются как нули;
 элементы массивов размещаются в памяти непрерывно и занимают
смежные адреса, для обхода которых может использоваться арифметика
указателей;
 строки char c[N] конструктивно являются частными случаями массивов,
при этом в корректных строках c[sizeof(c) – 1] == ‘0‘;
 sizeof(a) возвращает размер массива в байтах (не элементах!);
 sizeof(a[0]) возвращает размер элемента в байтах.
 Принятая система обозначения массивов является лишь
особым способом применения указателей.
36

37. Одномерные массивы (строки): пример
// с освобождением круглых скобок
int a[] = {1, 2, 3};
// эквивалентно int a[3] = {1, 2, 3};
// с частичной неявной инициализацией
int b[5] = {1, 2, 3};
// эквивалентно:
// int b[5] = {1, 2, 3, 0, 0};
// с выделенными инициализаторами
int c[7] = {1, [5] = 10, 20, [1] = 2};
// эквивалентно:
// int c[7] = {1, 2, 0, 0, 0, 10, 20};
37

38. Одномерные массивы (строки)
и указатели
 Пусть T a[N] — массив. Тогда:
 имя массива является константным указателем на 0-й элемент:
a == &a[0];
 для любых типов и длин массивов справедливо:
&a[i] == a + i и a[i] == *(a + i);
 С учетом этого эквивалентны прототипы:
 int foo(double [], int);
 int foo(double *, int);
 Передать массив в функцию можно так, как показано выше, или
как пару указателей: на 0-й и N-й элементы (обращение к
элементу a[N] без его разыменования допустимо):
 int foo(double *, double *);
38

39. Макроопределение NULL
 Стандартное макроопределение NULL расширяется
препроцессором до константы с семантикой «пустого»
указателя, который…
 является константным целочисленным выражением, вычисляемым в
длинный или короткий нуль (0L или 0), либо
 выступает как результат приведения такого значения к void*
(напр. (void*)0).
 Значение NULL приводимо к любому типу-указателю и может
использоваться в конструкциях вида:
 if (p != NULL) // ...
 if (q == NULL) // ...
39

40. Вопросы безопасного
программирования
 Инициализировать указатели во время определения:
 допустимый адрес;
 0, (void*)0 или NULL.
 Проверять:
 значения указателей перед их разыменованием;
 значения индексов элементов массивов перед использованием;
 возвращаемые значения стандартных функций после их вызова.
40

41. Стандартные функции ввода-вывода
Имя
функции
Назначение функции
Причины
ошибок
POSIXсовместима?
int scanf(const char *restrict format, ... );
scanf
Осуществляет форматный ввод с консоли —
чтение из стандартного входного потока
stdin. Возвращает количество успешно
считанных элементов ввода
Некорректная Да
входная
послед-сть
(EILSEQ)
Недостаточно
аргументов
(EINVAL)
int printf(const char *restrict format, ...);
printf
Осуществляет форматный вывод в консоль
— запись в стандартный выходной поток
stdout. Возвращает количество
переданных в поток байт
EILSEQ,
EINVAL и др.
Да
41

42. Стандартные функции для работы
с динамической памятью (1 / 2)
Имя
функции
Назначение функции
Причины
ошибок
POSIXсовместима?
Недостаточно
памяти
(ENOMEM)
Да
Недостаточно
памяти
(ENOMEM)
Да
void *malloc(size_t size);
malloc
Выделяет неиспользуемый участок памяти
объекту данных размера size байт, не
меняя содержимое указанного участка
void *calloc(size_t nelem, size_t elsize);
calloc
Выделяет неиспользуемый участок памяти
массиву из nelem элементов размера
elsize байт каждый и выполняет его
поразрядное обнуление
42

43. Стандартные функции для работы
с динамической памятью (2 / 2)
Имя
функции
Назначение функции
Причины
ошибок
POSIXсовместима?
Недостаточно
памяти
(ENOMEM)
Да
void *realloc(void *ptr, size_t size);
realloc
Изменяет размер объекта данных, на
который указывает ptr, до size. Если
указатель ptr пуст, вызов эквивалентен
malloc. Если size == 0, память под
объектом освобождается
void free(void *ptr);
free
Вызывает освобождение памяти, на которую Нет
указывает ptr, делая ее доступной для
нового выделения. Дальнейшее
использование ptr влечет неопределенное
поведение
Да
43

44. Выравнивание объектов, размещаемых
статически. GCC-атрибут aligned (1 / 2)
 Одним из способов повышения производительности программы на
языке «среднего уровня» является такое размещение данных в ОЗУ,
при котором они эффективно загружаются в кэш-память ЦП. Для
этого данные должны быть, как минимум, выровнены на границу
линии кэш-памяти данных 1-го уровня (L1d).
 Выравнивание объекта данных в ОЗУ обычно определяется
характеристиками выравнивания, которые имеет соответствующий
тип данных. При этом:
 выравнивание скалярного объекта определяется собственные
характеристикой выравнивания приписанного ему базового типа;
 выравнивание массива, — если размер каждого элемента не кратен
величине выравнивания, — распространяет свое действие только на
элемент с индексом 0;
 выравнивание объектов в программе на языке C может регулироваться на
уровне отдельных переменных и типов данных., для чего в компиляторе
GCC служит атрибут aligned.
44

45. Выравнивание объектов, размещаемых
статически. GCC-атрибут aligned (2 / 2)
 Выравнивание статически размещаемых переменных имеет силу как
для глобальных, так и для автоматических переменных. При этом
характеристика выравнивания, присущая типу объекта, полностью
игнорируется.
 При выравнивании массивов гарантированно выравнивается только
начальный, нулевой элемент массива.
45

46. Выравнивание объектов, размещаемых
статически. Атрибут aligned: пример
// выравнивание, регулируемое на уровне объекта
// переменная qwd выравнивается на границу 64 байт
uint64_t qwd __attribute((aligned(64)));
// выравнивание, регулируемое на уровне типа
// переменные типа al128int_t (синоним int)
// выравниваются на границу 128 байт
typedef
int __attribute((aligned(128))) al128int_t;
al128int_t aln;
46

47. Выравнивание объектов, размещаемых
динамически. Функция posix_memalign
 Функция posix_memalign:
 определена в стандарте POSIX 1003.1d;
 имеет прототип
int posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size);
 выделяет неиспользуемый участок памяти размера size байт,
выровненный на границу alignment, и возвращает указатель на него в
memptr;
 допускает освобождение выделенной памяти функцией free().
 Требования к значению alignment:
 кратно sizeof(void*);
 является целочисленной степенью числа 2.
 Ошибки (EINVAL, ENOMEM):
 значение alignment не является кратной sizeof(void*) степенью 2;
 недостаточно памяти.
47

48. posix_memalign: пример (1 / 2)
int b[7] = {1, [5] = 10, 20, [1] = 2}; // массив-источник
int *p = NULL,
errflag;
// массив-приемник
// код ошибки posix_memalign
// установить размер линии кэш-памяти данных 1-го уровня
// (L1d); типичное значение: 64 байта
long l1dcls = sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE);
// проверить, удался ли вызов sysconf()
if (l1dcls == -1)
// если вызов sysconf() неудачен, использовать значение
// выравнивания по умолчанию
l1dcls = sizeof(void*);
48

49. posix_memalign: пример (2 / 2)
// выделить память с выравниванием на границу строки L1d
errflag = posix_memalign((void**)&p, l1dcls, sizeof b);
if(!errflag)// в случае успеха posix_memalign возвращает 0
{
printf("nL1d cache line size is %ldn", l1dcls);
printf("p and &p are %p and %pn", p, &p);
p = memcpy(p, b, sizeof(b));
// ...
free(p);
}
else
printf("posix_memalign error: %dn", errflag);
49

50. Практикум №1
Постановка задачи
 Решить индивидуальные задачи №№1 и 2 в соответствии с
формальными требованиями.
 Для этого в блоге дисциплины:
 узнать номер индивидуального варианта;
 узнать постановку задач.
50

51. Спасибо за внимание
Алексей Петров