内存分配器二

虽然在IMalloc.c实现了内存申请的工作，但是这比实际中malloc函数的功能差了很多。必须要将堆中申请的内存管理起来，才能更好地实现malloc函数以及后面的free和realloc函数。

本节内容主要介绍完整实现malloc的功能，可以用于内存块管理。

需要给每个内存块添加额外的信息（meta-data）：内存块的大小，下一个内存块的地址，当前内存块是否可用。meta-data应该在malloc分配的内存块之前。C语言描述该数据结构如下

typedef struct s_block *p_block;
struct s_block
{
size_t size;
p_block next;
int free;
char data[1];//内存块的第一个字节，长度没有算在meta-data中，数组真是神奇的指针
};

在内存中struct是一块连续的字段，在32位系统中，size_t为4bytes，所以总共meta-data占12bytes。

#define META_DATA_SIZE 12

寻找合适的block采用First fit策略：从头开始，使用第一个足够满足分配空间的内存块。另外一种方式是Best策略：从头开始，遍历所有块，使用数据区大小大于size且差值最小的块作为此次分配块。

在内存需要将分配的内存对齐，32位系统中需要4字节对齐，使用宏来使大小对齐4，位4的倍数

#define align4(x) (((((x)-1)>>2)<<2)+4)

first fit查找合适内存块：

void *base=NULL;
p_block find_block(p_block *last,size_t size){
p_block b=base;
while(b&&!(b->free&&b->size>=size)){
*last=b;
b=b->next;
}
return (b);
}

内存块不足时，扩展内存块:

p_block extend_heap(p_block last,size_t s){
p_block b;
b=sbrk(0);
s=align4(s);
if(sbrk(META_DATA_SIZE+s)==(void*)-1)
return (NULL);
b->size=s;
b->next=NULL;
if(last)
last->next=b;
b->free=0;
return (b);
}

分裂内存块，防止内存浪费:

p_block extend_heap(p_block last,size_t s){
p_block b;
b=sbrk(0);
s=align4(s);
if(sbrk(META_DATA_SIZE+s)==(void*)-1)
return (NULL);
b->size=s;
b->next=NULL;
if(last)
last->next=b;
b->free=0;
return (b);
}

重写IMalloc函数

void *Imalloc(size_t size){
p_block b,last;
size_t s;
s=align4(size);
if(base){
last=base;
b=find_block(&last,s);
if(b){
//可以分裂内存块
if((b->size-s)>=META_DATA_SIZE+4)
split_block(b,s);
b->free=0;
}else{
//没有找到合适的内存块
b=extend_heap(last,s);
if(!b)
return (NULL)   ;
}
}else{
//第一次申请
b=extend_heap(NULL,s);
if(!b)
return (NULL)   ;
base=b;
}
return (b->data);
}

gdb调试查看

int *p=(int*)Imalloc(sizeof(int)*2);

int *pp=(int*)Imalloc(sizeof(int)*1028);

分配的内容：查看p，第一字节内容为data大小8bytes，第二字节内容为下块内容所在首地址，即pp所在块的地址0x804b014，符合预期分配设想

(gdb) x/4a p-4
0x804affc:  0x0 0x8 0x804b014   0x0
(gdb) x/8a p
0x804b00c:  0x0 0x0 0x1010  0x0
0x804b01c:  0x0 0x0 0x0 0x0`