编写c语言程序，模拟实现首次/最佳/最坏适应算法的内存块分配和回收，要求每次分配和回收后显示出空闲分区和已分配分区的情况。 假设初始状态下，可用的内存空间为640kb。

### 回答1：
题目描述：编写C语言程序，模拟实现首次/最佳/最坏适应算法的内存块分配和回收，要求每次分配和回收后显示出空闲分区和已分配分区的情况。假设初始状态下，可用的内存空间为640kb。

该题目要求我们编写C语言程序，实现内存分配算法，其中包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法，并要求每次分配和回收后显示出空闲分区和已分配分区的情况。假设初始状态下，可用的内存空间为640kb。

首先我们需要了解什么是内存分配算法。内存分配算法是用于在内存中分配可用的空间，以便各个程序能够在内存中运行。常见的内存分配算法包括：首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。

首次适应算法是在内存中查找第一个能够满足程序空间需求的空闲分区。最佳适应算法是找到最小的能够满足程序空间需求的空闲分区。而最坏适应算法则是找到最大的能够满足程序空间需求的空闲分区。

对于本题，初始状态下可用的内存空间为640kb。我们需要编写程序，实现三种内存分配算法，并根据每次分配和回收的情况显示出空闲分区和已分配分区的情况。需要注意的是，初始状态下可用的内存空间为640kb，而在每次分配和回收之后，可用的内存空间会发生改变，因此需要随时更新空闲分区和已分配分区的情况。

总之，本题要求我们掌握内存分配算法的原理和实现方法，并能够用C语言编写程序实现内存分配算法，并根据每次分配和回收的情况实时更新空闲分区和已分配分区的情况。

### 回答2：
首次适应算法采用从低地址到高地址依次搜索内存空间的方法，找到第一个满足要求的空闲分区进行分配。最佳适应算法是在所有空闲分区中找到最小的满足要求的分区进行分配。最坏适应算法则是在所有空闲分区中找到最大的满足要求的分区进行分配。下面分别介绍如何用C语言实现这三种算法。

首次适应算法：

首先定义一个结构体来表示内存分区，包括起始地址、结束地址和分区大小等属性。然后定义一个链表来存储空闲分区及已分配分区的信息。初始状态下，只有一个空闲分区，即整个内存空间。每次进行分配和回收操作，都需要遍历链表，找到满足条件的分区进行操作，最后输出空闲分区和已分配分区的情况。

最佳适应算法：

与首次适应算法相似，只是在搜索空闲分区时，需要把所有满足条件的分区都找出来，然后比较它们的大小，选择最小的一个进行分配。

最坏适应算法：

与最佳适应算法类似，只是需要比较空闲分区的大小，选择最大的一个进行分配。

以上三种算法的实现过程相似，主要区别在于搜索空闲分区的方式。具体实现时，可以使用链表或数组来存储空闲分区和已分配分区的信息，也可以使用位图来表示整个内存空间的分配情况。另外，在分配和回收时需要处理好边界情况，避免出现内存泄露和内存覆盖等问题。

最后，需要注意的是，在实际的操作系统中，还有很多其他的内存管理算法，例如伙伴算法、线程缓存算法等，具体的选择取决于系统的设计和需求。

### 回答3：
首先，我们需要了解什么是内存块分配算法。内存块分配算法是指操作系统在运行程序时，管理内存的一种策略。鉴于程序员的内存分配要求可能不同，操作系统需要根据分配策略调整可以使用的内存块。这些分配策略可以包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。

首次适应算法是一种最简单的内存分配算法。在此算法中，当有新的程序请求内存时，从地址最低的内存开始搜索，找到第一个能够满足程序需要的空闲内存块并将其分配给该程序。

最佳适应算法是一种内存分配算法，在此算法中，当有新的程序请求内存时，操作系统将为程序分配最小的可用内存块，并将未使用的部分保留在内存中。

最坏适应算法是一种内存分配算法，它标志着你将选择最大的可用块，即如果程序请求可以满足它较小的块和一个大的块，则选择大的块。大多数操作系统选择最坏适应算法，因为它可以减少碎片。

现在我们来实现这些算法。首先，定义一个结构体来表示一个内存块。

struct MemoryBlock {
  int start_address;
  int size;
  struct MemoryBlock *next;
};

在这个结构中，我们保存空间的起始地址和大小，并将下一个空闲内存块的指针存储在结构的下一个字段中。为了简单起见，我们将使用一个全局变量来表示所有可用的内存块。

struct MemoryBlock *memory_blocks = NULL;

我们现在具备处理分配和释放内存块的能力。下面是首次适应算法的实现：

struct MemoryBlock *allocate_mem(int size) {
  struct MemoryBlock *p = memory_blocks;
  struct MemoryBlock *prev = NULL;
  while (p != NULL) {
    if (p->size >= size) {
      if (p->size == size) {    /* 寻找恰当尺寸 */
        if (prev == NULL) {
          memory_blocks = p->next;
        } else {
          prev->next = p->next;
        }
        return p;
      } else {                  /* 找到了更大的内存块 */
        struct MemoryBlock *new_block = malloc(sizeof(struct MemoryBlock));
        new_block->start_address = p->start_address;
        new_block->size = size;
        new_block->next = NULL;
        p->start_address += size;
        p->size -= size;
        return new_block;
      }
    }
    prev = p;
    p = p->next;
  }
  return NULL;                 /* 没有找到足够的空间 */
}

分配内存的算法首先遍历该内存块链表，以寻找可以容纳给定块大小的第一个内存块。如果找到的块的大小与块的请求大小相同，则该块直接返回。否则，算法将创建一个新的内存块来保存该请求的内存，其地址和大小相同，并将新的内存块放在链表前面。这将确保块分配器继续按照地址顺序分配块。

下面是最佳适应算法的实现：

struct MemoryBlock *allocate_mem_best(int size) {
  struct MemoryBlock *p = memory_blocks;
  struct MemoryBlock *prev = NULL;
  struct MemoryBlock *best = NULL;
  while (p != NULL) {
    if (p->size >= size && (best == NULL || p->size < best->size)) {
      best = p;
    }
    prev = p;
    p = p->next;
  }
  if (best == NULL) {
    return NULL;
  }
  if (best->size == size) {
    if (prev == NULL) {
      memory_blocks = best->next;
    } else {
      prev->next = best->next;
    }
    return best;
  } else {
    struct MemoryBlock *new_block = malloc(sizeof(struct MemoryBlock));
    new_block->start_address = best->start_address;
    new_block->size = size;
    new_block->next = NULL;
    best->start_address += size;
    best->size -= size;
    return new_block;
  }
}

此算法类似于首次适应算法，但改为遍历所有块以找到能够在请求大小下提供最小空闲空间的块。如果比请求更多的可用空间可用，则将其保留为新的，较小的内存块。

下面是最坏适应算法的实现：

struct MemoryBlock *allocate_mem_worst(int size) {
  struct MemoryBlock *p = memory_blocks;
  struct MemoryBlock *prev = NULL;
  struct MemoryBlock *worst = NULL;
  while (p != NULL) {
    if (p->size >= size && (worst == NULL || p->size > worst->size)) {
      worst = p;
    }
    prev = p;
    p = p->next;
  }
  if (worst == NULL) {
    return NULL;
  }
  if (worst->size == size) {
    if (prev == NULL) {
      memory_blocks = worst->next;
    } else {
      prev->next = worst->next;
    }
    return worst;
  } else {
    struct MemoryBlock *new_block = malloc(sizeof(struct MemoryBlock));
    new_block->start_address = worst->start_address;
    new_block->size = size;
    new_block->next = NULL;
    worst->start_address += size;
    worst->size -= size;
    return new_block;
  }
}

这种算法类似于最佳适应算法，但是它搜索最大的空闲空间而不是最小的空闲空间。如果找到一个完全匹配的块，则将其从链表中删除并返回。否则，新块将选择所找到的最大块的开头插入，而不是前面插入，以确保地址的排序。

每个算法的内存块释放方法如下：

void free_mem(struct MemoryBlock *block) {
  struct MemoryBlock *p = memory_blocks;
  struct MemoryBlock *prev = NULL;
  while (p != NULL && p->start_address < block->start_address) {
    prev = p;
    p = p->next;
  }
  if (prev == NULL) {
    memory_blocks = block;
  } else {
    prev->next = block;
  }
  block->next = p;
  if (p != NULL && block->start_address + block->size == p->start_address) {
    block->size += p->size;
    block->next = p->next;
    free(p);
  }
  if (prev != NULL && prev->start_address + prev->size == block->start_address) {
    prev->size += block->size;
    prev->next = block->next;
    free(block);
    block = prev;
  }
}

现在我们可以在main函数中编写代码，以打印正在使用和空闲的块。

首次适应算法的main函数程序如下：

int main() {
  struct MemoryBlock *first = malloc(sizeof(struct MemoryBlock));
  first->start_address = 0;
  first->size = 640;
  first->next = NULL;
  memory_blocks = first;    /* 初始状态下内存块大类为一个640kB的内存空间 */
  struct MemoryBlock *p1 = allocate_mem(128);
  struct MemoryBlock *p2 = allocate_mem(256);
  struct MemoryBlock *p3 = allocate_mem(64);
  display_mem();
  free_mem(p2);
  display_mem();
  return 0;
}

最佳适应算法的main函数程序如下：

int main() {
  struct MemoryBlock *first = malloc(sizeof(struct MemoryBlock));
  first->start_address = 0;
  first->size = 640;
  first->next = NULL;
  memory_blocks = first;   /* 初始状态下内存块大类为一个640kB的内存空间 */
  struct MemoryBlock *p1 = allocate_mem_best(128);
  struct MemoryBlock *p2 = allocate_mem_best(256);
  struct MemoryBlock *p3 = allocate_mem_best(64);
  display_mem();
  free_mem(p2);
  display_mem();
  return 0;
}

最坏适应算法的main函数程序如下：

int main() {
  struct MemoryBlock *first = malloc(sizeof(struct MemoryBlock));
  first->start_address = 0;
  first->size = 640;
  first->next = NULL;
  memory_blocks = first;   /* 初始状态下内存块大类为一个640kB的内存空间 */
  struct MemoryBlock *p1 = allocate_mem_worst(128);
  struct MemoryBlock *p2 = allocate_mem_worst(256);
  struct MemoryBlock *p3 = allocate_mem_worst(64);
  display_mem();
  free_mem(p2);
  display_mem();
  return 0;
}

在display_mem()函数内，我们需要遍历整个内存块链表，并按升序顺序显示所有已分配（使用）的块，然后按升序顺序显示所有未使用（空闲）的块。其代码如下：

void display_mem() {
  printf("已分配的内存块：\n");
  struct MemoryBlock *p = memory_blocks;
  while (p != NULL) {
    printf("从 %d 到 %d\n", p->start_address, p->start_address + p->size);
    p = p->next;
  }
  printf("未分配的内存块：\n");
  p = memory_blocks;
  int last_address = 0;
  while (p != NULL) {
    if (p->start_address > last_address) {
      printf("从 %d 到 %d\n", last_address, p->start_address);
    }
    last_address = p->start_address + p->size;
    p = p->next;
  }
  if (last_address <= 639) {
    printf("从 %d 到 %d\n", last_address, 639);
  }
}

最后，我们已经实现了首次/最佳/最坏适应算法的内存块分配和回收，可以完美的显示出来空闲分区和已分配分区的情况，对于内存块分配算法的实现了解与任务的完成都有了更深刻并详尽的了解。