：：malloc和：：free

时间: 2023-12-05 17:50:10 浏览: 109

malloc和free的实现

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### malloc和free的实现 #### 一、概述在C/C++编程中，动态内存管理是程序员必须掌握的一项技能。`malloc` 和 `free` 函数是用于在运行时分配和释放内存的重要工具。本文将详细介绍如何在Visual C++ 2008环境下实现 `malloc` 和 `free` 的功能，并通过注释和图形解释来帮助理解。 #### 二、基本概念在本实现中，使用了一个大容量的静态数组作为堆区的基础，也可以选择使用操作系统提供的内存分配机制。为了更好地管理和跟踪内存块的状态，定义了一个名为 `Header` 的数据结构来保存每个内存块的簿记信息。这个结构体包含了指向下一个内存块的指针、当前分配空间的长度以及后面的自由空间的长度等关键信息。 #### 三、Heap（堆）的管理 **Heap（堆）的定义** 堆是由一系列连续的内存块组成，这些内存块可以被分配和释放。为了简化处理，本实现使用了一个静态数组 `block[size]` 来模拟堆区。每个元素都是一个 `Header` 类型的对象，这样可以方便地将簿记信息存储在内存块中。 **Header 结构体** ```cpp typedef struct note { struct { struct note* nextblock; unsigned usedsize; unsigned freesize; } s; } note; ``` 这里定义了 `note` 结构体，其中包含指向下一个内存块的指针 (`nextblock`)，已使用的空间大小 (`usedsize`) 和剩余的自由空间大小 (`freesize`)。 **Alignment（对齐）** 在某些系统中，为了提高效率，数据需要按照特定的边界对齐。这里使用了 `union` 和 `Align` 数据类型来确保内存元素按合理的方式对齐。在本实现中，由于我们使用的是静态数组，因此实际上并没有明确地使用 `union` 或 `Align`。 #### 四、malloc函数详解 `malloc` 函数用于分配内存，其核心逻辑如下： 1. **初始化**：当首次调用 `malloc` 时，需要初始化 `freeblock` 指针指向堆区的起始位置。 2. **查找内存块**：遍历堆区，寻找第一个可用内存块，即该内存块的自由空间大于或等于所需的大小。 3. **分配内存**：一旦找到合适的内存块，就将这块内存的一部分分配给请求者，并更新相关簿记信息。 ```cpp void* fkmalloc(unsigned nbytes) { note* p, *newp; unsigned nunits; // 计算所需的存储单元数量 nunits = (nbytes + sizeof(note) - 1) / sizeof(note) + 1; // 初始化 freeblock 指针 if (freeblock == NULL) { freeblock = block; freeblock->s.nextblock = freeblock; freeblock->s.usedsize = 1; // 第一个单元用于存储表头信息 freeblock->s.freesize = size - 1; // 其他单元为可用空间 } // 寻找合适的内存块 while (freeblock != NULL && freeblock->s.freesize < nunits) { p = freeblock; p = p->s.nextblock; } // 如果没有找到足够的空间，则返回 NULL if (p->s.freesize < nunits) return NULL; // 分配内存并更新簿记信息 newp = p + p->s.usedsize; newp->s.usedsize = nunits; newp->s.freesize = p->s.freesize - nunits; newp->s.nextblock = p->s.nextblock; p->s.freesize = 0; p->s.nextblock = newp; freeblock = newp; // 返回内存块首地址 return (void*)(newp + 1); } ``` #### 五、free函数详解 `free` 函数用于释放之前通过 `malloc` 分配的内存，其主要步骤包括： 1. **定位内存块头部**：由于 `malloc` 返回的是用户可访问的部分（空间体），因此在释放时需要先将指针向前移动一个 `Header` 单元来定位到内存块的头部。 2. **合并相邻的自由空间**：在释放内存之后，需要检查释放的内存块是否与其前后相邻的自由空间块相邻，如果是，则需要将它们合并为一个更大的自由空间块。 ```cpp void fkfree(void* ap) { note* bp, *p, *prev; bp = (note*)ap - 1; // 查找内存块头部 for (prev = freeblock, p = freeblock->s.nextblock; (p != bp) && (p != freeblock); prev = p, p = p->s.nextblock); // 如果没有找到匹配的内存块，则返回 if (p != bp) return; // 合并相邻的自由空间 prev->s.freesize += p->s.usedsize + p->s.freesize; // 更新簿记信息 p->s.nextblock = prev->s.nextblock; prev->s.nextblock = p; } ``` #### 六、总结本实现提供了一个基础的 `malloc` 和 `free` 的版本，它能够有效地管理内存块的分配和释放。通过使用静态数组和 `Header` 结构体，我们可以更加灵活地管理内存，并确保内存的高效利用。虽然这个实现在功能上可能不如标准库中的 `malloc` 和 `free` 强大，但它为我们提供了一个很好的学习平台，帮助理解内存管理的基本原理和技术细节。

这是两个在C++中用于动态内存分配和释放的函数。其中，`::malloc()`函数用于在堆上分配指定大小的内存空间，并返回指向该空间的指针。而`::free()`函数用于释放先前使用`::malloc()`函数分配的内存空间。需要注意的是，使用这两个函数时需要小心，确保不会出现内存泄漏或非法访问的情况。同时，在C++中，也可以使用`new`和`delete`关键字来进行动态内存分配和释放，这两个关键字相比于`::malloc()`和`::free()`函数更加安全和方便。

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