Ссылочный тип данных: как добраться до безымянного объекта

Модуль "Объекты и ссылки" • урок 2 из 7 • ~7 минут

Что это такое

Ссылочный тип - это простой (скалярный) тип данных, значениями которого являются ссылки - адреса памяти, по которым живут другие, динамические объекты определенного типа (его называют указуемым типом). В C такие переменные называются указателями.

Зачем нужен ссылочный тип данных

Вспомните прошлый урок: динамические объекты создаются во время выполнения, и компилятор не может заранее дать им имена. Как обратиться к объекту, у которого нет имени? Только по адресу. Переменные ссылочного типа и хранят эти адреса - а заодно позволяют строить сложные структуры, где объекты ссылаются друг на друга: связные списки, деревья, графы.

Как организовано

• Сама переменная-ссылка - статический объект: она занимает одно машинное слово независимо от того, на насколько большой объект указывает. Доступ по ссылке - O(1).
• Специальное значение NULL (в Паскале - nil) означает "ссылка никуда не указывает". Это осмысленное, законное значение - признак отсутствия связи.
• Совсем другое дело - неопределенное значение: мусор, который лежит в переменной, пока ее не инициализировали. Разыменование такого "указателя в никуда" - классический путь к краху программы.
• Операции над ссылками: присваивание, сравнение на равенство и разыменование - переход от адреса к самому объекту.

Жизненный цикл ссылки на C

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    /* p - переменная ссылочного типа (указатель на int).
       Сама она статическая, а указывать будет на динамический объект */
    int* p = NULL; /* инициализируем пустой ссылкой */

    /* Создаем динамический безымянный объект типа int */
    p = (int*)malloc(sizeof(int));

    *p = 42; /* разыменование: доступ к объекту по адресу */

    printf("Значение: %d, адрес: %p\n", *p, (void*)p);

    /* Уничтожаем объект. Ссылка p продолжает существовать,
       но теперь указывает в никуда */
    free(p);

    /* Правило хорошего тона: обнулить ссылку после free */
    p = NULL;

    return 0;
}

И главная опасность: если перезаписать последнюю ссылку на объект, не вызвав free, объект останется жить в куче, но добраться до него будет уже невозможно. Это утечка памяти: программа, которая теряет ссылки, постепенно съедает всю доступную память.