Sesja 12 — malloc/free: gdy nie znasz rozmiaru z góry

✅ Sprawdź się z sesji 11

Cel

Poznać dynamiczną alokację pamięci (malloc/free) i użyć jej tam, gdzie tablice o stałym rozmiarze przestają wystarczać — gdy rozmiar “programu” nie jest znany w momencie pisania kodu.

Teoria w pigułce

Problem: tablice mają rozmiar ustalony na sztywno

struct Instrukcja program[10];   // co, jesli program ma 11 instrukcji? albo 3?

Do tej pory zawsze wiedzieliście z góry, ile instrukcji ma “program” — bo sami go pisaliście w kodzie C. Za dwie sesje zaczniecie wczytywać programy z plików — liczba instrukcji będzie zależeć od tego, co jest w pliku, nieznana w momencie kompilacji.

`malloc` — poproś system o pamięć w trakcie działania programu

#include <stdlib.h>

int n = 7;   // np. wczytane od uzytkownika albo z pliku
struct Instrukcja *program = malloc(n * sizeof(struct Instrukcja));

if (program == NULL) {
    fprintf(stderr, "Brak pamieci!\n");
    return 1;
}

program[0].kod = OP_LOAD;   // uzywa sie identycznie jak zwyklej tablicy

malloc przyjmuje liczbę bajtów do zarezerwowania i zwraca wskaźnik do tego miejsca w pamięci (albo NULL, jeśli się nie udało — zawsze to sprawdzaj). sizeof(struct Instrukcja) mówi, ile bajtów zajmuje jedna instrukcja — mnożąc przez n, dostajecie dokładnie tyle miejsca, ile trzeba na n instrukcji.

`free` — oddaj pamięć z powrotem

free(program);
program = NULL;   // dobra praktyka: nie zostawiac "wiszacego" wskaznika

Pamięć zarezerwowana przez malloc nie znika sama po wyjściu z funkcji (w odróżnieniu od zwykłych zmiennych lokalnych) — jeśli jej nie zwolnicie przez free, zostaje zajęta aż do końca działania programu. To nazywa się wyciek pamięci (memory leak) — nieszkodliwy w małym programie działającym sekundę, katastrofalny w programie działającym godzinami (np. serwerze).

Złota zasada: każdy malloc ma swój free

Za każdym razem, gdy piszesz malloc, od razu zastanów się i zaznacz w głowie (albo komentarzem), gdzie będzie odpowiadający free. Odkładanie tego “na później” to najpewniejszy sposób, żeby o nim zapomnieć.

Zadania

Zadanie 1 — dynamiczna tablica instrukcji

Zmień maszynę z sesji 11 tak, żeby program był tworzony przez malloc z rozmiarem podanym przez użytkownika (scanf("%d", &n) — “ile instrukcji chcesz wpisać?”), zamiast tablicy o stałym rozmiarze. Wypełnij go w pętli, wczytując każdą instrukcję od użytkownika (kod operacji jako liczba, numer rejestru, wartość). Nie zapomnij o free na końcu main.

Zadanie 2 — sprawdzenie błędu alokacji

Dodaj sprawdzenie if (program == NULL) po malloc — w praktyce trudno to sprawdzić naprawdę (współczesne systemy rzadko odmawiają małej alokacji), ale zawsze pisz to sprawdzenie. To nawyk, nie opcja — pojawi się dokładnie w tej samej formie w chip8_load_rom w ćwiczeniu 1 CHIP-8 (tam sprawdzacie, czy fopen się udał, ten sam wzorzec defensywnego programowania).

Zadanie 3 — `realloc`: zmiana rozmiaru w locie

Napisz wersję, w której użytkownik wpisuje instrukcje dopóki nie wpisze -1 jako kod operacji (nie wiecie z góry, ile ich będzie). Zacznijcie od malloc na 4 instrukcje, a gdy zabraknie miejsca, użyjcie:

pojemnosc *= 2;
program = realloc(program, pojemnosc * sizeof(struct Instrukcja));

realloc próbuje powiększyć istniejący blok pamięci (a jeśli się nie da w miejscu — przenosi całą zawartość w nowe miejsce automatycznie) i zwraca nowy wskaźnik. Zawsze przypisuj wynik do zmiennej — pod starym wskaźnikiem może już nie być poprawnych danych.

Kryterium sukcesu

Maszyna działa z liczbą instrukcji nieznaną w momencie kompilacji.
Program nie ma wycieków pamięci — każdy malloc/realloc ma odpowiadający free na końcu.
Rozumiesz różnicę: tablica o stałym rozmiarze (int x[10]) istnieje “sama z siebie” i znika automatycznie; pamięć z malloc trzeba jawnie zwolnić.