伙伴系统算法的c语言实现,数据结构C语言版 伙伴系统

伙伴系统是一种内存管理算法，它将可用内存块分成不同的大小类别，并将相邻的大小类别组合成伙伴对。当需要分配内存时，伙伴系统会寻找最小的大小类别，如果没有可用的内存块，则向更大的大小类别请求。当释放内存时，伙伴系统会检查它的伙伴是否也是空闲的，如果是，则将它们合并成更大的内存块。

以下是伙伴系统的C语言实现，使用了二叉树数据结构来管理内存块。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define MAXSIZE 1024

typedef struct node {
    int size;
    int status; // 0 for free, 1 for used
    struct node *left; // left child
    struct node *right; // right child
} Node;

Node *tree[MAXSIZE]; // binary tree

// return the depth of the binary tree
int depth(int size) {
    return (int) log2(size) + 1;
}

// initialize the binary tree with size and status
void init(int size) {
    int d = depth(size);
    int i;
    for (i = 0; i < MAXSIZE; i++) {
        tree[i] = NULL;
    }
    tree[d - 1] = (Node *) malloc(sizeof(Node));
    tree[d - 1]->size = size;
    tree[d - 1]->status = 0;
    tree[d - 1]->left = NULL;
    tree[d - 1]->right = NULL;
}

// allocate memory with size
void *alloc(int size) {
    int d = depth(size);
    int i;
    for (i = d - 1; i < MAXSIZE; i++) {
        Node *p = tree[i];
        while (p != NULL) {
            if (p->size == size && p->status == 0) {
                p->status = 1;
                return p;
            } else if (p->size >= size * 2 && p->status == 0) {
                p->left = (Node *) malloc(sizeof(Node));
                p->left->size = p->size / 2;
                p->left->status = 0;
                p->left->left = NULL;
                p->left->right = NULL;
                p->right = (Node *) malloc(sizeof(Node));
                p->right->size = p->size / 2;
                p->right->status = 0;
                p->right->left = NULL;
                p->right->right = NULL;
                p->status = 1;
                return alloc(size);
            }
            p = p->right;
        }
    }
    return NULL;
}

// free memory with pointer
void free_mem(void *p) {
    Node *node = (Node *) p;
    node->status = 0;
    while (node != NULL) {
        if (node->left->status == 0 && node->right->status == 0) {
            node->left = NULL;
            node->right = NULL;
            node = node->parent;
        } else {
            break;
        }
    }
}

int main() {
    init(1024);
    void *p1 = alloc(128);
    void *p2 = alloc(256);
    void *p3 = alloc(512);
    free_mem(p1);
    void *p4 = alloc(128);
    return 0;
}

这个实现使用了一个全局数组`tree`来存储二叉树节点。`init`函数用于初始化二叉树，`alloc`函数用于分配内存，`free_mem`函数用于释放内存。在`alloc`函数中，我们首先找到最小的可用内存块，如果没有可用的内存块，则向更大的内存块请求。如果分配成功，则将该内存块的状态设置为已使用，否则返回空指针。在`free_mem`函数中，我们将该内存块的状态设置为未使用，并检查它的伙伴是否也是空闲的，如果是，则将它们合并成更大的内存块。