14.12 Wenn die Speicherallokation fehlschlägt

In den vergangenen Abschnitten wurde die Speicherallokation folgendermaßen verwendet:

/* nomem1.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


int main(void) {
   int *ptr;
   ptr = malloc(100);

   if(NULL == ptr) {
      printf("Kein virtueller RAM mehr vorhanden ... !");
      return EXIT_FAILURE;
   }
   return EXIT_SUCCESS;
}

Auf den ersten Blick scheint dieser Code auch in Ordnung zu sein. Es wird überprüft, ob die Funktion malloc() erfolgreich Speicher allozieren konnte. Stellen Sie sich jetzt vor, Sie arbeiten an einem Textverarbeitungsprogramm und haben ein paar Seiten Text zusammengestellt, den es jetzt abzuspeichern gilt. Das Programm alloziert noch Speicherplatz für den gesamten Text, bevor dieser in eine Datei abgespeichert werden kann. Jetzt, in diesem Moment, schreibt das Programm die Fehlerausgabe auf den Bildschirm und beendet sich. Der Text ist futsch und die Nerven des Anwenders auch. Es ist also kein guter Stil, ein Programm einfach zu beenden, wenn die Speicherallokation fehlschlägt. Hier folgen jetzt einige theoretische Tipps dazu, was Sie tun können, wenn eine Speicheranforderung nicht erfüllt werden konnte.

14.12.1 Speicheranforderung reduzieren

Kann partout kein Speicherblock einer bestimmten Größe angefordert werden, sollten Sie die Speicheranforderung ein wenig reduzieren. Vielleicht kann das System einfach keinen großen zusammenhängenden Block finden. Wie Sie die erneute Speicheranforderung reduzieren, bleibt Ihnen selbst überlassen. Eine Möglichkeit wäre es, den angeforderten Speicher durch zwei zu teilen. Ein Beispiel dazu:

/* red_mem.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MIN_LEN 256

int main(void) {
   int *ptr;
   char jn;
   static size_t len = 8192;  /* Speicheranforderung */

   do {
      ptr = malloc(len);
      /* Speicher konnte nicht alloziert werden. */
      if(ptr == NULL) {
         len /= 2;  /* Versuchen wir es mit der Hälfte. */
         ptr = malloc(len);
         if(ptr == NULL) {
            printf("Konnte keinen Speicher allozieren. "
                   " Weiter versuchen? (j/n): ");
            scanf("%c", &jn);
            fflush(stdin);
         }
      }
      else
         /* Erfolg. Speicherreservierung - Schleifenende */
         break;
   /* so lange weiterprobieren, bis 'n' gedrückt wurde oder
    * len weniger als MIN_LEN beträgt */
   } while(jn != 'n' && len > MIN_LEN);

   if(len <= MIN_LEN)
      printf("Speicheranforderung abgebrochen!!\n");
   return EXIT_SUCCESS;
}

Gelingt die Speicheranforderung hierbei nicht, wird der angeforderte Speicher um die Hälfte reduziert. Bei einem erneuten Versuch und eventuellem Scheitern wird der angeforderte Speicher wieder um die Hälfte reduziert. Dies setzt sich so lange fort, bis MIN_LEN Speicherplatzanforderung unterschritten wird oder der Anwender zuvor mit dem Buchstaben 'n' abbrechen will. Dies ist natürlich nur eine von vielen Strategien, die Sie anwenden können.

14.12.2 Speicheranforderungen aufteilen

So einfach wie im Beispiel eben werden Sie es aber höchstwahrscheinlich nicht haben. Was ist, wenn die Länge eines Strings oder die Größe einer Struktur bereits feststeht? Sie können nicht für einen String der Länge n einfach n/2 Bytes Speicherplatz anfordern. Schließlich soll ja nicht nur der halbe Text gespeichert werden. Wenn es Ihnen dabei nicht allzu sehr auf die Geschwindigkeit ankommt, könnten Sie die Funktion realloc() verwenden:

/* more_mem.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define BUF 8192
int main(void) {
   char *buffer;
   int reserviert=0;
   int i;
   static size_t len = BUF; /* Speicheranforderung */

   buffer = malloc(sizeof("Hallo Welt"));
   strcpy(buffer, "Hallo Welt");

   while(reserviert != BUF && len != 0) {
      buffer = realloc(buffer, len);
      /* Speicher konnte nicht alloziert werden. */
      if(buffer == NULL) {
         len /= 2;  /* Versuchen wir es mit der Hälfte. */
      }
      else {
         reserviert += len;
      }
   }

   for(i = 0; i < reserviert; i++)
      buffer[i] = 'x';
   buffer[i]='\0';
   printf("\n%s\n",buffer);
   return EXIT_FAILURE;
}

Dieses Listing erweist sich als ein hartnäckiger Fall der Speicherallokation. Im String buffer soll zusätzlicher Speicherplatz von 8192 Bytes reserviert werden. Gelingt dies nicht, teilt das Programm diesen Happen in zwei Teile auf und versucht es erneut. Diese Aufteilung geht so weit, dass eventuell byteweise Speicherplatz reserviert wird. Damit Sie auch eine Abbruchbedingung im Programm haben, wird die Anzahl des erfolgreich reservierten Speichers mitgezählt. Die Funktion realloc() wird dazu verwendet, dass der neu allozierte Speicher jeweils hinten angefügt wird.

14.12.3 Einen Puffer konstanter Größe verwenden

Das Problem hat vielleicht nichts mit der dynamischen Speicherallokation zu tun, aber manches Mal ist die dynamische Speicherreservierung fehl am Platze. Überdenken Sie das Programm dahingehend, ob es nicht sinnvoller wäre, ein char-Array konstanter Größe zu verwenden. Ein einfaches Beispiel ist das Kopieren zweier Dateien.

14.12.4 Zwischenspeichern auf Festplatte vor der Allokation

Wenn möglich, sollten Sie vor zeitkritischen oder umfangreichen Speicherallokationen Daten auf die Festplatte zwischenspeichern. Sie könnten zum Beispiel sehr viel früher im Programm Speicher dafür allozieren. Bevor eine umfangreiche Allokation für kritische Daten erfolgt, können Sie diesen Speicher verwenden, um Daten darin zwischenzuspeichern und auf die Festplatte zu schreiben. Im Allgemeinen gilt es, nur so viele Daten im virtuellen Speicher (RAM) zu beherbergen, wie auch wirklich nötig sind. Eine weitere Strategie ist es, vor einer Speicherallokation einen bereits reservierten Speicherbereich auf die Festplatte zu schreiben (temporäre Datei) und diesen Speicherblock für die nachfolgende Allokation freizugeben. Womit wir auch gleich beim nächsten Punkt wären.

14.12.5 Nur so viel Speicher anfordern wie nötig

Um eine optimale Speicherausnutzung zu erhalten, sollten Sie mit dem Speicher geizen wie Dagobert Duck mit seinen Talern. Wenn immer nur der benötigte Speicher oder kleine Speicherblöcke angefordert werden, erreichen Sie außerdem die beste Performance. Speicher sparen können Sie schon bei der Auswahl des Datentyps bei der Entwicklung des Programms. Benötigen Sie zum Beispiel unbedingt einen double-Wert im Programm? Reicht ein float nicht aus? Bei umfangreichen Strukturen sollten Sie sich fragen, ob alle Strukturelemente wirklich erforderlich sind. Müssen Berechnungen zwischengespeichert werden? Ein Beispiel ist der Matrixzugriff von matrix[x][y]. Das Ergebnis müsste dabei nicht gespeichert werden. Sie können auch einen Funktionsaufruf vornehmen, der Ihnen das berechnet (matrix(x, y)).

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