實現 malloc() 和 free() — 分割大塊

上一篇文章探討了內存塊重用順序對內存消耗的影響，並優化了函數以減少浪費。然而，另一個更嚴重的問題依然存在：一個巨大的內存塊可能會佔據多個小塊本可利用的空間。例如，分配一大塊內存，釋放後，再分配兩個更小的塊：

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

這時，128字節的空閒塊無法被8字節的請求利用，導致後續8字節塊分配需要再次擴展堆，造成內存利用率低下。

解決這個問題，一種高效但複雜的方法是使用“bins”：按大小分組的塊列表。另一種更簡單的方案是將大塊分割成更小的塊。本文采用後者。

代碼重構

首先，對代碼進行輕微重構。 header_new()函數同時負責分配內存和初始化塊頭，這不利於代碼的可讀性和維護性。我們將它拆分成兩個函數：

• header_plug() ：將已初始化的塊插入到前一個和下一個塊之間。
• header_init() ：初始化塊的元數據（大小和可用性）。

它們分別如下：

 <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>

header_new()函數修改如下：

 <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>

（ abmalloc()函數中last->previous->next = last;這行可以刪除，因為header_plug()現在負責處理此邏輯。）

分割內存塊

接下來，實現header_split()函數。給定一個塊頭和所需最小大小，如果原始塊足夠大，則將其分割成兩部分：

• 所需大小的塊；
• 剩餘部分及其新的塊頭；

首先，檢查塊是否足夠大：

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

如果足夠大，則分割塊。首先，減小當前塊的大小：

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

計算新塊的指針：

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

初始化新塊的頭：

 header_init(new_header, size, true);

將新塊連接到鍊錶：

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

如果原始塊是最後一個塊，更新last指針：

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

返回新塊：

 return new_header; } else { return header; } }

更新abmalloc()

最後，修改abmalloc()函數，在找到可用塊後，調用header_split()嘗試分割它：

 <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>

如果塊可以分割，則返回新塊；否則，返回原始塊。

關於塊分割的說明

需要注意的是，新塊是在原始塊的末尾創建的。雖然也可以在開頭創建，但在末尾創建新塊可以使新的空閒塊更靠近舊塊，提高下次abmalloc()調用的效率。

分割大塊內存是改進內存管理的一步，但它也可能導緻小塊內存碎片化，從而導致更大的請求需要擴展堆。下一篇文章將探討如何解決這個問題。

以上是實現 malloc() 和 free() — 分割大塊的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！