实现 malloc() 和 free() — 分割大块

wufei123 2025-01-05 阅读:10 评论:0

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： void *ptr1 = ab...

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：

void *ptr1 = abmalloc(128);
void *ptr2 = abmalloc(8);
abfree(ptr1);
void *ptr3 = abmalloc(8);
void *ptr4 = abmalloc(8);

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：

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;
    }
}

header_new() 函数修改如下：

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;
}

（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：

header *header_split(header *header, size_t size) {
    size_t original_size = header->size;
    if (original_size >= size + sizeof(header)) {

如果足够大，则分割块。首先，减小当前块的大小：

        header->size = original_size - size - sizeof(header);

计算新块的指针：

        header *new_header = (header + 1) + header->size; // Corrected pointer calculation

初始化新块的头：

        header_init(new_header, size, true);

将新块连接到链表：

        header_plug(new_header, header, header->next);

如果原始块是最后一个块，更新 last 指针：

        if (header == last) {
            last = new_header;
        }

返回新块：

        return new_header;
    } else {
        return header;
    }
}

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：

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
}

如果块可以分割，则返回新块；否则，返回原始块。

关于块分割的说明

需要注意的是，新块是在原始块的末尾创建的。虽然也可以在开头创建，但在末尾创建新块可以使新的空闲块更靠近旧块，提高下次 abmalloc() 调用的效率。

分割大块内存是改进内存管理的一步，但它也可能导致小块内存碎片化，从而导致更大的请求需要扩展堆。下一篇文章将探讨如何解决这个问题。

以上就是实现 malloc() 和 free() — 分割大块的详细内容，更多请关注知识资源分享宝库其它相关文章！