实现 malloc() 和 free() — 分割大块-C++-PHP中文网

实现 malloc() 和 free() — 分割大块

聖光之護

发布： 2024-12-31 17:30:39

原创

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实现 malloc() 和 free() — 分割大块

上一篇文章探讨了内存块重用顺序对内存消耗的影响，并优化了函数以减少浪费。然而，另一个更严重的问题依然存在：一个巨大的内存块可能会占据多个小块本可利用的空间。例如，分配一大块内存，释放后，再分配两个更小的块：

<code class="c">void *ptr1 = abmalloc(128);
void *ptr2 = abmalloc(8);
abfree(ptr1);
void *ptr3 = abmalloc(8);
void *ptr4 = abmalloc(8);</code>

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这时，128字节的空闲块无法被8字节的请求利用，导致后续8字节块分配需要再次扩展堆，造成内存利用率低下。

解决这个问题，一种高效但复杂的方法是使用“bins”：按大小分组的块列表。另一种更简单的方案是将大块分割成更小的块。本文采用后者。

代码重构

首先，对代码进行轻微重构。header_new() 函数同时负责分配内存和初始化块头，这不利于代码的可读性和维护性。我们将它拆分成两个函数：

header_plug()：将已初始化的块插入到前一个和下一个块之间。
header_init()：初始化块的元数据（大小和可用性）。

它们分别如下：

<code class="c">void header_init(header *header, size_t size, bool available) {
    header->size = size;
    header->available = available;
}

void header_plug(header *header, header *previous, header *next) {
    header->previous = previous;
    if (previous != NULL) {
        previous->next = header;
    }
    header->next = next;
    if (next != NULL) {
        next->previous = header;
    }
}</code>

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header_new() 函数修改如下：

<code class="c">header *header_new(header *previous, size_t size, bool available) {
    header *header = sbrk(sizeof(header) + size);
    header_init(header, size, available);
    header_plug(header, previous, NULL);
    return header;
}</code>

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（abmalloc() 函数中 last->previous->next = last; 这行可以删除，因为 header_plug() 现在负责处理此逻辑。）

分割内存块

接下来，实现 header_split() 函数。给定一个块头和所需最小大小，如果原始块足够大，则将其分割成两部分：

所需大小的块；
剩余部分及其新的块头；

首先，检查块是否足够大：

<code class="c">header *header_split(header *header, size_t size) {
    size_t original_size = header->size;
    if (original_size >= size + sizeof(header)) {</code>

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如果足够大，则分割块。首先，减小当前块的大小：

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<code class="c">        header->size = original_size - size - sizeof(header);</code>

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计算新块的指针：

<code class="c">        header *new_header = (header + 1) + header->size; // Corrected pointer calculation</code>

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初始化新块的头：

<code class="c">        header_init(new_header, size, true);</code>

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将新块连接到链表：

<code class="c">        header_plug(new_header, header, header->next);</code>

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如果原始块是最后一个块，更新 last 指针：

<code class="c">        if (header == last) {
            last = new_header;
        }</code>

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返回新块：

<code class="c">        return new_header;
    } else {
        return header;
    }
}</code>

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更新 abmalloc()

最后，修改 abmalloc() 函数，在找到可用块后，调用 header_split() 尝试分割它：

<code class="c">if (header->available && (header->size >= size)) {
    header = header_split(header, size);
    header->available = false;
    return (void*)(header + 1); // Cast to void* for correct return type
}</code>

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如果块可以分割，则返回新块；否则，返回原始块。