LYCEE Catherine et Raymond JANOT de SENS. COURS de TURBO C CHAPITRE 13. Les Pointeurs et modèles de programmation. Jean - Luc PELLARD

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1 LYCEE Catherine et Raymond JANOT de SENS COURS de TURBO C CHAPITRE 13 Les Pointeurs et modèles de programmation Jean - Luc PELLARD

2 Chapitre 13 : Les Pointeurs : les modèles de programmation Page : Les Pointeurs : les modèles de programmation. 13.1) Remarque sur le type pointeur. Les pointeurs étant des adresses, ils sont par nature des nombres entiers. Mais il ne faut surtout pas les traiter comme des nombres entiers, puisque l'arithmétique qui s'applique à eux est spéciale comme nous 1'avons vu dans le chapitre précédent sur les pointeurs. De plus, les adresses peuvent être de grands nombres que le type entier ne pourrait pas contenir. Le mieux est donc de toujours manipuler les pointeurs en les ayant déclarés comme tels, afin de permettre au compilateur de les gérer comme il convient. 13.2) La segmentation. a) Notions sur la segmentation de la mémoire : Sur PC et compatibles, il y a une raison supplémentaire de distinguer les pointeurs. Ces machines sont en effet segmentées, c'est-à-dire que toutes les adresses manipulées sont en deux parties : un numéro de segment (sur 16 bits) qui réside généralement dans un registre du microprocesseur. et un décalage (sur 16 bits) qui réside généralement aussi dans un registre du microprocesseur. Les segments ont une taille de 64 Kilo-octets. Nous verrons l'organisation de la machine dans un cours ultérieur "Programmation avancée en Turbo-C". Donnons toutefois quelques notions sur les problèmes d'adressage. b) Pourquoi la segmentation? Pour les processeurs de la famille 808x (IBM PC), une adresse est formée de 20 bits, ce qui permet d'avoir 2 20 soient adresses possibles, soient l024 Koctets, soient encore 1 Moctets. L'espace d'adresses potentiel, c'est-à-dire 1a mémoire adressable s'étend de h à FFFFF h. Cette zone comprend trois parties qui sont : de h à A0000 h : 640 Koctets de RAM, de A0001 h à C0000 h : 128 Koctets de RAM e à l'écran, de C0001 h à FFFFF h : 256 Koctets de ROM. Le nombre de 20 bits pour exprimer une adresse mémoire pose quelques problèmes : ce n'est pas une puissance de 2, ce n est pas un multiple d'un octet, les registres (mémoire privilégiées dans le processeur permettant de stocker des données ou adresses) ont une capacité de 16 bits. c) Qu'est-ce-qu'un Segment? Le remède à ces problèmes est l'utilisation de segments qui sont des espaces mémoire de 64 koctets dans lesquels les adresses sont exprimées à l'aide de 16 bits. Ils commencent à n'importe quelle adresse, qui est un multiple de 16 octets, donc à la frontière d'un paragraphe (un

3 Chapitre 13 : Les Pointeurs : les modèles de programmation Page : 3 paragraphe correspond à 16 octets). Deux segments consécutifs ont donc une très grande intersection. Par exemple, le segment n 0 va de l'adresse 0000 h à l'adresse FFFF h et le segment n 1 va de l'adresse 0010 h à l'adresse 1000 h, comme l illustre la figure ci-après : $100F $FFFF 1 paragraphe = décalage de 16 octets Segment n 1 Segment n 0 $0010 $0000 Ainsi, une adresse peut-être référencée par : une adresse de base : adresse de départ du segment. et un déplacement "offset" ou "décalage" relatif à cette adresse. Du fait du recouvrement, une adresse peut être exprimée de multiples façons. Prenons comme exemple 1'adresse 0030h, dans le segment n 0 : dans le segment n 0 : décalage de 0030 h par rapport au début de ce segment. dans le segment n 1 : décalage de 0020 h par rapport au début de ce segment. dans le segment n 2 : décalage de 0010 h par rapport au début de ce segment. dans le segment n 3 : décalage de 0000 h par rapport au début de ce segment. La formule permettant le calcul d'une adresse réelle est : adresse réelle = numéro du segment * 0010 h + décalage (sur 16 bits) Ainsi, l'adresse du début de la page écran graphique pour une carte CGA (Color Graphic Adaptor) est : B800h : 0000h donc à l'adresse complète B8000h 13.3) Les différentes sortes de pointeurs. Il en résulte que l'on peut avoir plusieurs sortes de pointeurs : un pointeur "proche" (near) ne contient qu'un décalage de 16 bits car il suppose que l'adresse reste dans le segment courant. un pointeur "lointain" (far) contient une adresse générale segment et décalage. un pointeur "maximal" (huge). il existe aussi des pointeurs associés à des registres segments particuliers. 13.4) Les modèles de programmation employés. Choisir un modèle de programmation, c'est faire des hypothèses sur les besoins en mémoire de programme. Turbo-C offre 6 modèles de programmation possibles, selon la taille du programme

4 Chapitre 13 : Les Pointeurs : les modèles de programmation Page : 4 et des données que vous prévoyez. Le choix d'un modèle se fait en Turbo-C dans le menu "options\compiler\model" : Modèle "minimal" (tiny) : Le programme et les données sont sur, un seul segment P (programme) + D (données) 64 Koctets. Modèle "petit" (small), modèle par défaut : C 'est le plus employé et il est suffisant pour tous les problèmes que vous traiterez en TD. Le programme et les données sont chacun sur un seul segment respectif P 64 Ko et D 64 Ko. Par défaut les pointeurs sont courts (near). Modèle "moyen" (médium) : Les données sont sur un seul segment mais le programme peut occuper plusieurs segments. Cela convient bien aux très gros programme qui manipulent assez peu de données P 1024 Ko et D 64 Ko. Par défaut, les pointeurs sont longs (far) pour les fonctions et courts pour les données (near). Modèle "compact" (compact) : Le programme est dans un segment tandis que les données peuvent être sur plusieurs P 64 Ko et D 1024 Ko. Par défaut, les pointeurs sont longs (far) pour les données et courts pour les fonctions (near). Modèle "large" (large) : Le programme et les données occupent chacun plusieurs segments P 1024 Ko et D 1024 Ko. Par défaut, les pointeurs sont longs (far) pour les données et les fonctions. Modèle "maximal" (huge) : Comme le modèle large, mais les données ne sont pas limitées à un segment. En Turbo- C, la principale différence entre huge et large vient du problème de la normalisation : les segments se recouvrent partiellement, de sorte qu'une adresse peut correspondre à différents couples (segment / déplacement). Si on compare deux pointeurs, on risque de les trouver différents, même s'ils correspondent à la même adresse mais exprimés differémment. Les pointeurs huge de Turbo-C sont normalisés de sorte qu'une adresse donnée soit toujours exprimée de la même façon. Selon le modèle employé, le compilateur emploie les types de pointeurs near ou far convenable tant pour les données que pour les fonctions. Mais vous pouvez forcer le type d'un pointeur ou d'une fonction à être différent du type par défaut avec des déclarations du style : far int *ptr ; near int compteur1 ; far int compteur2 ; Même si vous assemblez des modules compilés séparément, et même compilés sous des modèles différents (avec modificateurs d'adresses near ou far convenables), cela fonctionnera à condition que vous fassiez partout figurer les prototypes des fonctions qui informeront le compilateur de ce qui a été déclaré dans les différents modules. 13.5) Allons un peu plus loin dans le détail.

5 Chapitre 13 : Les Pointeurs : les modèles de programmation Page : 5 Un programme qui s'exécute est chargé en mémoire de la façon suivante : limite de la mémoire Début de la zone mémoire e au programme Préfixe de segment de programme (PSP) Code limite de la mémoire réserve 1 Le PSP est une zone de 256 bytes e par le système pour contenir des informations sur le programme. Voici une brève description des bytes les plus intéressants : byte contenu et description 2-3 : adresse du premier segment libre suivant le programme : adresse de branchement après l'exécution du programme : adresse de branchement après un control-break : adresse de branchement en cas d'erreur : adresse du segment d'environnement (variables définies par la commande DOS : SET) : Cette zone contient tous les caractères entrés après le nom de la commande, le nombre de caractères apparaissant dans le premier byte. L'adresse de la zone PSP est contenue dans la pseudo-variable _psp. Le PSP est également précédé d'une zone de 16 bytes dont les 5 premiers contiennent des informations sur le bloc mémoire occupé par le programme : byte contenu et description 0 : 5A si le bloc mémoire est le dernier de la suite des blocs, sinon 4D. 1-2 : adresse du bloc. 3-4 : taille du bloc exprimée en nombre de paragraphes ( 1 paragraphe = 16 bytes). 2 La zone Code contient le code machine. Le contenu de la pseudo-variable _CS représente l'adresse du début de cette zone. 3 Les initialisées pas occupent la zone suivante. La pseudo-variable _DS contient l'adresse de celle-ci. 4 Le heap correspond à la zone mémoire utilisée pour l'allocation des. 5 Le stack contient toutes les variables utilisées lors d'appels à des sous-routines. Cette pile est remplie du bas vers le haut. 6 La zone far heap est une réserve pour l'allocation dynamique.

6 Chapitre 13 : Les Pointeurs : les modèles de programmation Page : 6 Les quatre dernières parties représentent les données du programme. Les tailles maximales de ces zones dépendent des modèles mémoires. Ils sont au nombre de 6 : Tiny : la mémoire occupée par l'ensemble : Small : on dispose de 64K pour le code et de 64K pour les données. Code 64 Kb Code 64 Kb 64 Kb Médium : Les données sont limitées à 64K, mais le code peut atteindre 1 Mb. Ce modèle est utilisé pour de longs programmes qui emploient peu de données en mémoire. Compact : c'est l'inverse du modèle précédent. Les données peuvent occuper jusqu'à l Mb, tandis que le code est limité à 64K. Cela se révèle utile pour de petits programmes qui manipulent beaucoup de données en mémoire. 1 Mb Code 64 Kb Code 64 Kb 1 Mb Large : Les données et le code peuvent occuper jusqu'à l Mb. Huge : idem que Large, mais les variables peuvent dépasser 64K. 1 Mb Code 1 Mb Code 1 Mb ( 64 Kb) ( 64 Kb) 1 Mb ( 64 Kb) ( 64 Kb)

7 Chapitre 13 : Les Pointeurs : les modèles de programmation Page : 7 II faut définir le modèle avant la compilation. Cela peut être réalisé à partir de l'option compiler du menu Option 7 La variable _heaplen : Cette variable globale définie dans Dos.H permet de déterminer et de modifier la taille du heap (_heaplen). Pour les trois premiers modèles (tiny, small, medium), le stack et le heap sont liés : si l'un augmente, l'autre diminue. La taille totale des deux segments ne peut dépasser 64K. La variable _heaplen sert donc à déterminer la taille du heap par rapport aux autres composantes du segment. Par défaut, _heaplen est mise à 0 ; Turbo-C considère alors que la taille du heap doit être la plus grande possible : 64K pour le modèle tiny : 64K pour les modèles small et medium : taille du segment code taille du stack taille du segment des variables globales taille du segment des variables globales et et taille du stack 256 (taille du préfixe) Si l'on veut réduire le heap, alors on peut assigner une valeur inférieure à 64K dans _heaplen. Pour les trois autres modèles (Compact, Large, Huge), le stack et le heap n'étant pas dans le même segment, ils ne sont plus liés. Par conséquence la variable _heaplen n'a plus d'intérêt. 8 La variable _stklen : Cette variable globale définie dans Dos.H permet de déterminer et de modifier la taille du stack (_stklen). Par défaut, la taille du stack est la même pour tous les modèles : 4K. Une nouvelle valeur peut être assignée à _stklen. Elle ne peut cependant être inférieure à 128 bytes. Si c'est le cas, Turbo-C ne tient pas compte de la valeur et assigne automatiquement 128 à _stklen. Ce nombre représente la taille minimale du stack pour que le programme puisse s'exécuter.