小鱼儿の模拟内存动态分配学习
无意间看到c语言进阶看到了。于是研究了一下。。
这方面新手都很少接触，所以我觉的有必要学一下。。。
下面我写的。。。。。
my_malloc.h
程序代码：#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
//模拟内存大小
#define memoBuf 640
//最小的块差，是为了减少内存碎片。
#define mini 8
typedef struct mem_control_info
{
unsigned int size;//空闲块大小
struct mem_control_info *next;//指向下一个空闲块
}mem_info,*pmem_info;
//Base=(struct mem_control_info *)malloc(memoBuf);
void mem_init();
void * _malloc(int bytes);
void _free(void *p);
void _print();
void _print_list();
static int merge(pmem_info p,pmem_info pre,pmem_info next);my_malloc.cpp
程序代码：#include "my_malloc.h"
/************************************************************************/
/* 内存动态管理管理
/* 1：内存算法：首次分配内存
/* 2: 优化：如果空闲块大与所需，就把空闲块的高地址分配给用户，这样写算法更方便。也减少了内存碎片。
/* 3：合并相邻空闲内存块。这样减少内存碎片。
/* 4：分配内存的时候，把指针指向自己 用于释放的时候 检测是否为合法指针。
/* 5：因为分配内存也和这样类似，不然指针不合法会造成空闲块的链表混乱，所以写检验是很重要的。
/************************************************************************/
/************************************************************************/
/*申明程序还在测试中，自己也没怎么写好。
/*我没有用字节分配，没有转换为内存块 貌似把字节为2幂 这个我也不知道为什么
/*这个程序我看了好多的，现在也只有写这么简单.发现BUG希望提出来。
/*写的不好 请告诉哪里。我将改进。我把程序写更加明了，我是学习我提在论坛的问题
/*写的 我写的更适合新手思维。。
/************************************************************************/
char memosize[memoBuf];
int mem_size=sizeof(mem_info);//空闲块大小
pmem_info First;//First 是内存块的起始地址。它是一个特殊空闲块
int has_init=0;
void mem_init()
{
First=(pmem_info)memosize;
First->size=memoBuf-mem_size;
First->next=NULL;
}
void _print()
{
printf("可分配的内存%d",First->size);
getchar();
}
void _print_list()
{
pmem_info p;
for(p=First;p;p=p->next)
{
printf("%d\t",p);
printf("size is %d \n",p->size);
}
}
static int merge(pmem_info p,pmem_info pre,pmem_info next)
{
//printf("will free is %d , pre is %d pre size %d",p,pre,pre->size);
//puts("\n");
//printf("%d",(char *)pre+pre->size);
if((char *)p==(char *)pre+pre->size)//用char *的指针 因为是字节数为1.
{
pre->size+=p->size;
return 1;
}
else
if(p+p->size==next)
{
p->size+=next->size;
pre->next=p;
return 1;
}
return 0;
}
void *_malloc(int bytes)
{
char *p;
int nb=bytes+mem_size;
pmem_info currPtr,pre;
if(bytes<=0)
return NULL;
pre=NULL;
nb=bytes+mem_size;
if(!has_init)
{
mem_init();
}
for(currPtr=First;currPtr;pre=currPtr,currPtr=currPtr->next)
{
if(currPtr->size-nb>=0)
{
if(currPtr->size-nb<mini)
{
if(pre==NULL)
{
First->size=0;
}
else
{
pre->next=currPtr->next;
}
}
else
{
currPtr->size-=nb;
p=(char*)currPtr;
p=p+currPtr->size;
currPtr=(pmem_info)p;
currPtr->size=nb;
}
currPtr->next=currPtr;
return (void *)(currPtr+1);
}
}
return NULL;
}
void _free(void *p)
{
pmem_info temp;
int test;
pmem_info currPtr;
temp=(pmem_info)p;
temp--;
if(temp!=temp->next)
return;
for(currPtr=First;currPtr;currPtr=currPtr->next)
{
if(temp>currPtr&&temp<currPtr->next)
{
if(!(test=merge(temp,currPtr,currPtr->next)))
{
temp->next=currPtr->next;
currPtr->next=temp;
}
}
else
if(temp>currPtr&&currPtr->next==NULL)
{
if(!(test=merge(temp,currPtr,currPtr->next)))
{
currPtr->next=temp;
temp->next=NULL;
}
}
}
}main.cpp
程序代码：#include "my_malloc.h"
//这个结构用来测试用的。。
struct tagpp
{
int x;
int y;
};
int main()
{
struct tagpp *xy;
puts("test");
xy=(struct tagpp*)_malloc(10);
if(!xy)
{
puts("内存分配失败");
_print();
}
xy->x=1;
xy->y=2;
printf("%d %d\n",xy->x,xy->y);
_malloc(100);
_malloc(100);
_malloc(100);
_malloc(100);
_print_list();
_free(xy);
_malloc(4);
_print_list();
return 0;
}我找的一些有关的资料
// 转载。还没看明白，有待修改。
malloc（）是C语言中动态存储管理的一组标准库函数之一。其作用是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。其参数是一个无符号整形数，返回值是一个指向所分配的连续存储域的起始地址的指针
malloc（）工作机制
malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
malloc（）在操作系统中的实现
在 C 程序中，多次使用malloc () 和 free()。不过，您可能没有用一些时间去思考它们在您的操作系统中是如何实现的。本节将向您展示 malloc 和 free 的一个最简化实现的代码，来帮助说明管理内存时都涉及到了哪些事情。
在大部分操作系统中，内存分配由以下两个简单的函数来处理：
void *malloc (long numbytes)：该函数负责分配 numbytes 大小的内存，并返回指向第一个字节的指针。
void free(void *firstbyte)：如果给定一个由先前的 malloc 返回的指针，那么该函数会将分配的空间归还给进程的“空闲空间”。
malloc_init 将是初始化内存分配程序的函数。它要完成以下三件事：将分配程序标识为已经初始化，找到系统中最后一个有效内存地址，然后建立起指向我们管理的内存的指针。这三个变量都是全局变量：
//清单 1. 我们的简单分配程序的全局变量
int has_initialized = 0;
void *managed_memory_start;
void *last_valid_address;
如前所述，被映射的内存的边界（最后一个有效地址）常被称为系统中断点或者 当前中断点。在很多 UNIX? 系统中，为了指出当前系统中断点，必须使用 sbrk(0) 函数。 sbrk 根据参数中给出的字节数移动当前系统中断点，然后返回新的系统中断点。使用参数 0 只是返回当前中断点。这里是我们的 malloc 初始化代码，它将找到当前中断点并初始化我们的变量：
清单 2. 分配程序初始化函数
/* Include the sbrk function */
#include
void malloc_init()
{
/* grab the last valid address from the OS */
last_valid_address = sbrk(0);
/* we don''t have any memory to manage yet, so
*just set the beginning to be last_valid_address
*/
managed_memory_start = last_valid_address;
/* Okay, we''re initialized and ready to go */
has_initialized = 1;
}
现在，为了完全地管理内存，我们需要能够追踪要分配和回收哪些内存。在对内存块进行了 free 调用之后，我们需要做的是诸如将它们标记为未被使用的等事情，并且，在调用 malloc 时，我们要能够定位未被使用的内存块。因此， malloc 返回的每块内存的起始处首先要有这个结构：
//清单 3. 内存控制块结构定义
struct mem_control_block {
int is_available;
int size;
};
现在，您可能会认为当程序调用 malloc 时这会引发问题 —— 它们如何知道这个结构？答案是它们不必知道；在返回指针之前，我们会将其移动到这个结构之后，把它隐藏起来。这使得返回的指针指向没有用于任何其他用途的内存。那样，从调用程序的角度来看，它们所得到的全部是空闲的、开放的内存。然后，当通过 free() 将该指针传递回来时，我们只需要倒退几个内存字节就可以再次找到这个结构。
在讨论分配内存之前，我们将先讨论释放，因为它更简单。为了释放内存，我们必须要做的惟一一件事情就是，获得我们给出的指针，回退 sizeof(struct mem_control_block) 个字节，并将其标记为可用的。这里是对应的代码：
清单 4. 解除分配函数
void free(void *firstbyte) {
struct mem_control_block *mcb;
/* Backup from the given pointer to find the
* mem_control_block
*/
mcb = firstbyte - sizeof(struct mem_control_block);
/* Mark the block as being available */
mcb->is_available = 1;
/* That''s It! We''re done. */
return;
}
如您所见，在这个分配程序中，内存的释放使用了一个非常简单的机制，在固定时间内完成内存释放。分配内存稍微困难一些。我们主要使用连接的指针遍历内存来寻找开放的内存块。这里是代码：
//清单 6. 主分配程序
void *malloc(long numbytes) {
/* Holds where we are looking in memory */
void *current_location;
/* This is the same as current_location, but cast to a
* memory_control_block
*/
struct mem_control_block *current_location_mcb;
/* This is the memory location we will return. It will
* be set to 0 until we find something suitable
*/
void *memory_location;
/* Initialize if we haven''t already done so */
if(! has_initialized) {
malloc_init();
}
/* The memory we search for has to include the memory
* control block, but the users of malloc don''t need
* to know this, so we''ll just add it in for them.
*/
numbytes = numbytes + sizeof(struct mem_control_block);
/* Set memory_location to 0 until we find a suitable
* location
*/
memory_location = 0;
/* Begin searching at the start of managed memory */
current_location = managed_memory_start;
/* Keep going until we have searched all allocated space */
while(current_location != last_valid_address)
{
/* current_location and current_location_mcb point
* to the same address. However, current_location_mcb
* is of the correct type, so we can use it as a struct.
* current_location is a void pointer so we can use it
* to calculate addresses.
*/
current_location_mcb =
(struct mem_control_block *)current_location;
if(current_location_mcb->is_available)
{
if(current_location_mcb->size >= numbytes)
{
/* Woohoo! We''ve found an open,
* appropriately-size location.
*/
/* It is no longer available */
current_location_mcb->is_available = 0;
/* We own it */
memory_location = current_location;
/* Leave the loop */
break;
}
}
/* If we made it here, it''s because the Current memory
* block not suitable; move to the next one
*/
current_location = current_location +
current_location_mcb->size;
}
/* If we still don''t have a valid location, we''ll
* have to ask the operating system for more memory
*/
if(! memory_location)
{
/* Move the program break numbytes further */
sbrk(numbytes);
/* The new memory will be where the last valid
* address left off
*/
memory_location = last_valid_address;
/* We''ll move the last valid address forward
* numbytes
*/
last_valid_address = last_valid_address + numbytes;
/* We need to initialize the mem_control_block */
current_location_mcb = memory_location;
current_location_mcb->is_available = 0;
current_location_mcb->size = numbytes;
}
/* Now, no matter what (well, except for error conditions),
* memory_location has the address of the memory, including
* the mem_control_block
*/
/* Move the pointer past the mem_control_block */
memory_location = memory_location + sizeof(struct mem_control_block);
/* Return the pointer */
return memory_location;
}
这就是我们的内存管理器。现在，我们只需要构建它，并在程序中使用它即可.多次调用malloc（）后空闲内存被切成很多的小内存片段，这就使得用户在申请内存使用时，由于找不到足够大的内存空间，malloc（）需要进行内存整理，使得函数的性能越来越低。聪明的程序员通过总是分配大小为2的幂的内存块，而最大限度地降低潜在的malloc性能丧失。也就是说，所分配的内存块大小为4字节、8字节、16字节、18446744073709551616字节，等等。这样做最大限度地减少了进入空闲链的怪异片段（各种尺寸的小片段都有）的数量。尽管看起来这好像浪费了空间，但也容易看出浪费的空间永远不会超过50%。
[local]1[/local]
