建议先学会书本的隐式空闲链表，再学此显式空闲链表

显式空闲链表（双向空闲链表）的堆块格式

使用显式空闲链表使得首次适配的分配时间从块总数(n)的线性时间减少到了空闲块数量(m)的线性时间：O(m) < O(n)，其中m < n。释放块和合并块与隐式空闲链表一样都是O(1)。

显示空闲链表的格式

宏marco

#define WSIZE 4
#define DSIZE 8
#define CHUNKSIZE (1 << 12)#define MAX(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))/* Pack a size and allocated bit into a word */
#define PACK(size, alloc) ((size) | (alloc))/* Read and write a word at address p */
#define GET(p) (*(unsigned int *)(p))
#define PUT(p, val) (*(unsigned int *)(p) = (val))/* Read the size and allocated fields from address p */
#define GET_SIZE(p) (GET(p) & ~0x7)
#define GET_ALLOC(p) (GET(p) & 0x1)/* Given block ptr bp, compute address of its header and footer */
#define HDRP(bp) ((char *)(bp) - WSIZE)
#define FTRP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(HDRP(bp)) - DSIZE)/* Given block ptr bp, compute address of next and previous blocks */
#define NEXT_BLKP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(((char *)(bp) - WSIZE)))
#define PREV_BLKP(bp) ((char *)(bp) - GET_SIZE(((char *)(bp) - DSIZE)))#define NEXT_NODEPTR(bp) ((char *)(bp) + WSIZE)
#define PREV_NODEPTR(bp) ((char *)(bp))

只有最后两句是新增的（其余与书本一致），PREV_NODEPTR(bp)表示PREV指针，NEXT_NODEPTR(bp)表示NEXT指针

函数原型

4个基本操作函数：

int mm_init(void);               // 创建带一个初始空闲块的堆
void *mm_malloc(size_t size);
void mm_free(void *ptr);
void *mm_realloc(void *ptr, size_t size);

其他函数：

static void *extend_heap(size_t words);      // 用一个新的空闲块扩展堆
static void *coalesce(void *bp);            // 合并
static void *find_fit(size_t asize);        // 首次适配
static void place(void *bp, size_t asize);  // 放置
void make_lifo(char *ptr);                  // LIFO(新free的块放表头)
void fix_ptr(char *ptr);                    // 调整prev、next指针

两个全局变量：

static char *heap_listp = NULL;
static char *root = NULL;

函数详解

首先是mm_init()：

int mm_init(void)
{/* Creat the initial empty heap */if ((heap_listp = mem_sbrk(6 * WSIZE)) == (void *)-1)return -1;PUT(heap_listp, 0);PUT(heap_listp + (1 * WSIZE), 0);   // Prev_nodeptrPUT(heap_listp + (2 * WSIZE), 0);   // Next_nodeptrPUT(heap_listp + (3 * WSIZE), PACK(DSIZE, 1));PUT(heap_listp + (4 * WSIZE), PACK(DSIZE, 1));PUT(heap_listp + (5 * WSIZE), PACK(0, 1));root = heap_listp + (1 * WSIZE);heap_listp += (4 * WSIZE);/* Extend the empty heap with a free block of CHUNKSIZE bytes */if ((extend_heap(CHUNKSIZE / DSIZE)) == NULL)return -1;return 0;
}

与书上的隐式链表不同的是，函数需要从内存系统中得到6个字，上面的格式图有提到

entend_heap():

static void *extend_heap(size_t words)
{char *bp;size_t size;/* Allocate an even number of words to maintain alignment */size = (words % 2) ? (words + 1) * DSIZE : words * DSIZE;if ((long)(bp = mem_sbrk(size)) == (void *)-1)return NULL;/* Initialize free block header/footer and the epilogue header */PUT(HDRP(bp), PACK(size, 0));    // Free block headerPUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));   // Free block footerPUT(NEXT_NODEPTR(bp), 0);       // Next_nodeptrPUT(PREV_NODEPTR(bp), 0);       // Prev_nodeptrPUT(HDRP(NEXT_BLKP(bp)), PACK(0, 1)); // New epilogue headerreturn coalesce(bp);
}

与之前的size不同，必须是双字(DSIZE)的偶倍数，当然最小块格式依然是16字节

mm_malloc与之前一致，除了调用extend_heap里要除以DSIZE：

void *mm_malloc(size_t size)
{size_t asize;      // Adjusted block sizesize_t extendsize;    // Amount to extend heap if no fitchar *bp;/* Ignore spurious requests */if (size == 0)return NULL;/* Adjust block size to include overhead and alignment reqs. */if (size <= DSIZE){asize = 2 * (DSIZE);}else{asize = (DSIZE) * ((size + (DSIZE) + (DSIZE - 1)) / (DSIZE));}/* Search the free list for a fit */if ((bp = find_fit(asize)) != NULL) {place(bp, asize);return bp;}/* No fit found. Get more memory and place the block */extendsize = MAX(asize, CHUNKSIZE);if ((bp = extend_heap(extendsize / DSIZE)) == NULL)return NULL;place(bp, asize);return bp;
}

mm_realloc与之前一致：

void *mm_realloc(void *ptr, size_t size)
{size_t oldsize;void *newptr;/* If size == 0 then this is just free, and wo return NULL */if (size == 0) {mm_free(ptr);return 0;}/* if oldptr is NULL, then this is just malloc */if (ptr == NULL)return mm_malloc(size);newptr = mm_malloc(size);/* If realloc fails the original block is left untouched */if (!newptr)return 0;/* Copy the old data. */oldsize = GET_SIZE(HDRP(ptr));if (size < oldsize) oldsize = size;memcpy(newptr, ptr, oldsize);/* Free old bolck */mm_free(ptr);return newptr;
}

mm_free新增两句，把PREV、NEXT指针置空：

void mm_free(void *bp)
{if (bp == 0)return;size_t size = GET_SIZE(HDRP(bp));PUT(HDRP(bp), PACK(size, 0));PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));PUT(NEXT_NODEPTR(bp), 0);PUT(PREV_NODEPTR(bp), 0);coalesce(bp);}

coalesce合并函数：

static void *coalesce(void *bp)
{size_t prev_alloc = GET_ALLOC(FTRP(PREV_BLKP(bp)));size_t next_alloc = GET_ALLOC(HDRP(NEXT_BLKP(bp)));size_t size = GET_SIZE(HDRP(bp));if (prev_alloc && next_alloc) {                     // Both is not free      // case1                        //return bp;}else if (!prev_alloc && next_alloc) {               // Pre is freesize += GET_SIZE(HDRP(PREV_BLKP(bp)));     // case 2fix_ptr(PREV_BLKP(bp));PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));PUT(HDRP(PREV_BLKP(bp)), PACK(size, 0));bp = PREV_BLKP(bp);}else if (prev_alloc && !next_alloc) {               // Next is freesize += GET_SIZE(HDRP(NEXT_BLKP(bp)));       // case 3fix_ptr(NEXT_BLKP(bp));PUT(HDRP(bp), PACK(size, 0));PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));}else {                                              // Both is freesize += GET_SIZE(FTRP(NEXT_BLKP(bp))) + GET_SIZE(HDRP(PREV_BLKP(bp)));                     // case 4fix_ptr(PREV_BLKP(bp));fix_ptr(NEXT_BLKP(bp));PUT(FTRP(NEXT_BLKP(bp)), PACK(size, 0));PUT(HDRP(PREV_BLKP(bp)), PACK(size, 0));bp = PREV_BLKP(bp);}make_lifo(bp);return bp;
}

coalesce是变化最大的，各个case里都要调用fix_ptr()调整PREV、NEXT指针

下图红色代表PREV指针，绿色代表NEXT指针
case1：前后都是已分配块，它的处理方法调用make_lifo就行

case2：前块为空闲块，后块为已分配块

case3：前块为已分配块，后块为空闲块

case4：前后都是空闲块

coalesce的最后还要实现LIFO：调用make_lifo()，使得当前要free的块成为表头块

make_lifo如下，实现原理就是case1：

inline void make_lifo(char *ptr)
{char *oldhead = GET(root);if (oldhead != NULL)PUT(PREV_NODEPTR(oldhead), ptr);PUT(NEXT_NODEPTR(ptr), oldhead);PUT(root, ptr);
}

接下来再看fix_ptr()：

inline void fix_ptr(char *ptr)
{char *prevptr = GET(PREV_NODEPTR(ptr));char *nextptr = GET(NEXT_NODEPTR(ptr));if (prevptr == NULL) {              // ptr's block is a head_blockif (nextptr)                    // make nextptr become headPUT(PREV_NODEPTR(nextptr), 0);PUT(root, nextptr);}else {                              // ptr's block is not a head_blockif (nextptr)PUT(PREV_NODEPTR(nextptr), prevptr);PUT(NEXT_NODEPTR(prevptr), nextptr);}PUT(NEXT_NODEPTR(ptr), 0);PUT(PREV_NODEPTR(ptr), 0);}

第一个if里面考虑的是：要free的块是表头块
else里面考虑的是：要free的块不是表头块

find_fit()就是改成了指针遍历的方式：

static void *find_fit(size_t asize)
{char *t = GET(root);while (t != NULL) {if (asize <= GET_SIZE(HDRP(t)))return t;t = GET(NEXT_NODEPTR(t));}return NULL;   // No fit
}

place 新增需要改变指针状态：

static void place(void *bp, size_t asize)
{size_t csize = GET_SIZE(HDRP(bp));fix_ptr(bp);if ((csize - asize) < (2 * DSIZE)) {     // No cutPUT(HDRP(bp), PACK(csize, 1));PUT(FTRP(bp), PACK(csize, 1));}else {                                        // Need to cutPUT(HDRP(bp), PACK(asize, 1));PUT(FTRP(bp), PACK(asize, 1));bp = NEXT_BLKP(bp);PUT(HDRP(bp), PACK(csize - asize, 0));PUT(FTRP(bp), PACK(csize - asize, 0));PUT(NEXT_NODEPTR(bp),0);PUT(PREV_NODEPTR(bp),0);coalesce(bp);}
}

注意一开始要调用fix_ptr(bp)，因为该块已经被分配，所以要把它的空闲块状态给移除，并作出一些指针调整

运行

①将上述函数写好在mm.c里
②终端输入make
③读README运行两个short文件
④运行trace file：./mdriver -a -g -v -t traces/
trace file可从github上获取，搜索：malloclab traces

注意

1.make过程中会有许多cast warnning，因为有些地方没有进行指针转换
2.运行过程中通常有两个bug：

1) Segmentation Fault：一般是访问了非法地址
2) Payload Overlap:有效载荷重叠，一般是某些指针的值有问题

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