什么时候要用到malloc()函数

时间: 2024-02-13 09:03:33 浏览: 75

uclibc 中的malloc机制分析

### uclibc中的malloc机制分析 #### 一、准备知识在用户空间中，`malloc` 和 `free` 是非常常见的内存管理函数，它们主要负责在进程的堆空间中分配和释放内存。堆空间是操作系统分配给进程的一个连续的内存区域，用于动态分配内存。在uCLIBC库中，这一部分的实现对于理解嵌入式Linux系统的内存管理至关重要。 #### 二、堆空间的管理结构 uCLIBC中的堆空间通过`struct heap`结构体来管理： ```c struct heap { // 堆空间中的空闲区列表 struct heap_free_area *free_areas; // 用于多线程环境下的锁定保护 #ifdef HEAP_USE_LOCKING pthread_mutex_t lock; #endif }; ``` 其中，`heap_free_area` 结构体表示的是堆空间中的空闲块： ```c struct heap_free_area { // 空闲块的大小（包括自身结构体的大小） size_t size; // 用于构造双向链表的指针 struct heap_free_area *next, *prev; }; ``` 需要注意的是，`heap_free_area`结构体本身并不包含指向空闲内存区域的指针，而是放置在空闲内存块之后。这意味着可以通过简单地计算偏移量来访问空闲内存块。 #### 三、堆空间的初始化堆空间初始化涉及到几个关键步骤，首先是定义全局变量`__malloc_heap`： ```c struct heap __malloc_heap = HEAP_INIT_WITH_FA(initial_fa); ``` 其中`HEAP_INIT_WITH_FA`宏定义如下： ```c #ifdef HEAP_USE_LOCKING #define HEAP_INIT {0, PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER} #define HEAP_INIT_WITH_FA(fa) {&fa._fa, PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER} #else #define HEAP_INIT {0} #define HEAP_INIT_WITH_FA(fa) {&fa._fa} #endif ``` 这里通过`HEAP_INIT_WITH_FA`宏初始化`__malloc_heap`变量，并指向一个名为`initial_fa`的空闲区结构。`initial_fa`的定义如下： ```c HEAP_DECLARE_STATIC_FREE_AREA(initial_fa, 256); ``` 其具体定义为： ```c #define HEAP_DECLARE_STATIC_FREE_AREA(name, size) \ static struct { \ char space[(size) - sizeof(struct heap_free_area)]; \ struct heap_free_area _fa; \ } name = {"", {(size), 0, 0}} ``` 这表明初始化时的堆空间大小为256字节，并且在`heap_free_area`结构之前静态定义了一个数组空间，满足了“FA结构正好放在空闲区的后面”的设计原则。 #### 四、FA结构的操作为了更好地管理空闲区，uCLIBC提供了一系列宏定义来操作`heap_free_area`结构体： 1. **获取FA大小**: ```c #define HEAP_FREE_AREA_SIZE(fa) ((fa)->size) ``` 此宏返回FA所代表的空闲区大小，包括FA结构体自身的大小。 2. **获取FA起始位置**: ```c #define HEAP_FREE_AREA_START(fa) ((void*)((char*)(fa + 1) - (fa)->size)) ``` 此宏返回FA所代表空闲区的起始位置。首先通过`fa + 1`到达空闲区的末尾，然后根据FA结构体中的大小向后移动相应字节数以得到空闲区的起始位置。 3. **获取FA结束位置**: ```c #define HEAP_FREE_AREA_END(fa) ((void*)(fa + 1)) ``` 返回FA所表示空闲区的末尾。从FA的地址向上移动一个FA结构体的大小，即可到达空闲区的末尾。 4. **最小空闲区大小**: ```c #define HEAP_MIN_FREE_AREA_SIZE \ HEAP_ADJUST_SIZE(sizeof(struct heap_free_area) + 32) ``` 最小的空闲区大小不仅包含一个`heap_free_area`结构体的大小，还额外预留了32字节的空闲空间。这是因为当`malloc`分配内存时，有时会将一个较大的空闲块分割成两个或多个较小的空闲块，如果剩余的内存少于这个值，则可能选择不进行分割，以免影响效率。 5. **删除FA**: ```c __heap_delete(struct heap *heap, struct heap_free_area *fa); ``` 这个函数用于从堆中删除指定的`heap_free_area`。实现逻辑涉及到了从双向链表中移除节点的操作，确保堆的完整性。通过上述分析可以发现，uCLIBC中的`malloc`机制通过精心设计的结构体和宏定义，实现了高效稳定的内存管理功能。接下来将进一步探讨`malloc`和`free`的具体实现细节。

malloc()函数是C语言中的一个动态内存分配函数，它可以在程序运行过程中动态地分配指定大小的内存空间。当程序需要在运行时动态地分配内存空间时，可以使用malloc()函数。例如，当需要创建一个动态数组或者动态分配一个结构体等情况下，就可以使用malloc()函数。需要注意的是，使用完malloc()函数分配的内存空间后，一定要使用free()函数释放该内存空间，否则会造成内存泄漏。

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