malloc()函数和free()函数源代码

2019-11-06 06:56:50

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供稿：网友

虽然malloc()函数和free()函数是C语言中最常用的函数之一，但是可能大多数人只是用它，却没有去查看它的原型。记得有一次听一个学长说他去面试，面试官让他写出malloc()函数的原型，他当时不知所措就悲剧了。今天看了一篇文章，给出了malloc()函数的源代码，特

该实现使用大容量的静态数组作为堆，但也可使用操作系统调用分配堆。定义了一个数据类型Header保存每个存储器块的簿记信息，定义了具有Header类型元素的堆数组，这样就可以很容易地将簿记信息保存在存储器块中。类型Header包含了3块信息：指向列表的下一个块的指针，当前分配空间的长度，后面的自由空间的长度。另外，类型Header的定义还使用了一个union声明和Align数据类型，这是将存储器元素排在合理的字节边界上，根据系统的不同，这有时是需要的，有时是不需要的。

在malloc函数中，当申请空间时，至少要分配两个Header元素节点，有什么原因吗？当然有，因为每个空间块都包含两部分：空间头和空间体。空间头是为维护堆而设计的，说到底就是维护已用空间链表，为搜索空闲空间和释放已用空间服务。空间体是供用户读写的，当malloc函数返回给用户一个指针时，用户就可以设定自己的规格，比如强制转换成int或double类型，接下来就可以按照这种规格进行读写了。需要注意一点，空间头是不能被用户访问的，它是用来维护堆的，不是为用户服务的，所以malloc函数返回的指针是指向空间体的，而不是指向空间头的，理所当然free函数得到的指针也是指向空间体的。可是为了释放空间，free函数需要得到该空间的空间头信息，所以实现时需要把指针调整一下，改为指向空间头，此情形下，减一即可。另外一点，空间头和空间体同为Header类型，用union声明再合适不过。下面就是malloc函数和free函数的实现代码：

#define NULL 0#define MEMSEZE 8096typedef double Align;typedef union header{ struct { union header* next; unsigned usedsize; unsigned freesize; }s; Align a;}header;static Header mem[MEMSIZE];static Header* memptr=NULL;void* malloc(unsigned nbytes){ Header *p,*newp; unsigned nunits; nunits=(nbytes+sizeof(Header)-1)/sizeof(Header)+1; if(memptr==NULL) { memptr->s.next=memptr=mem; memptr->s.usedsize=1; memptr->s.freesize=MEMSIZE-1; } for(p=memptr;(p->s.next!=memptr) && (p->s.freesize<nunits);p=p->s.next); if(p->freesize<nunits) return NULL; newp=p+p->s.usedsize; newp->s.usedsize=nunits; newp->s.freesize=p->s.freesize-nunits; newp->s.next=p->s.next; p->s.freesize=0; p->s.next=newp; memptr=newp; return (void*)(newp+1);}void free(void* ap){ Header *bp,*p,*PRev; bp=(Header*)ap-1; for(prev=memptr,p=memptr->s.next; (p!=bp) && (p!=memptr);prev=p,p=p->next); if(p!=bp) return; prev->s.freesize+=p->s.usedsize+p->s.freesize; prev->s.next=p->s.next; memptr=prev;}

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