FFmpeg内存的分配和释放---av_malloc()、av

本文简单记录一下FFmpeg中内存操作的函数。

内存操作的常见函数位于libavutil\mem.c中。本文记录FFmpeg开发中最常使用的几个函数：av_malloc()，av_realloc()，av_mallocz()，av_calloc()，av_free()，av_freep()。

av_malloc()

av_malloc()是FFmpeg中最常见的内存分配函数。它的定义如下。

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#define FF_MEMORY_POISON 0x2a
#define ALIGN (HAVE_AVX ? 32 : 16)
static size_t max_alloc_size= INT_MAX;
void *av_malloc(size_t size)
{
void *ptr = NULL;
#if CONFIG_MEMALIGN_HACK
long diff;
#endif
/* let's disallow possibly ambiguous cases */
if (size > (max_alloc_size - 32))
return NULL;
#if CONFIG_MEMALIGN_HACK
ptr = malloc(size + ALIGN);
if (!ptr)
return ptr;
diff = ((~(long)ptr)&(ALIGN - 1)) + 1;
ptr = (char *)ptr + diff;
((char *)ptr)[-1] = diff;
#elif HAVE_POSIX_MEMALIGN
if (size) //OS X on SDK 10.6 has a broken posix_memalign implementation
if (posix_memalign(&ptr, ALIGN, size))
ptr = NULL;
#elif HAVE_ALIGNED_MALLOC
ptr = _aligned_malloc(size, ALIGN);
#elif HAVE_MEMALIGN
#ifndef __DJGPP__
ptr = memalign(ALIGN, size);
#else
ptr = memalign(size, ALIGN);
#endif
/* Why 64?
* Indeed, we should align it:
* on 4 for 386
* on 16 for 486
* on 32 for 586, PPro - K6-III
* on 64 for K7 (maybe for P3 too).
* Because L1 and L2 caches are aligned on those values.
* But I don't want to code such logic here!
*/
/* Why 32?
* For AVX ASM. SSE / NEON needs only 16.
* Why not larger? Because I did not see a difference in benchmarks ...
*/
/* benchmarks with P3
* memalign(64) + 1 3071, 3051, 3032
* memalign(64) + 2 3051, 3032, 3041
* memalign(64) + 4 2911, 2896, 2915
* memalign(64) + 8 2545, 2554, 2550
* memalign(64) + 16 2543, 2572, 2563
* memalign(64) + 32 2546, 2545, 2571
* memalign(64) + 64 2570, 2533, 2558
*
* BTW, malloc seems to do 8-byte alignment by default here.
*/
#else
ptr = malloc(size);
#endif
if(!ptr && !size) {
size = 1;
ptr= av_malloc(1);
}
#if CONFIG_MEMORY_POISONING
if (ptr)
memset(ptr, FF_MEMORY_POISON, size);
#endif
return ptr;
}

如果不考虑上述代码中的一大堆宏定义（即类似CONFIG_MEMALIGN_HACK这类的宏都采用默认值0），av_malloc()的代码可以简化成如下形式。

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void *av_malloc(size_t size)
{
void *ptr = NULL;
/* let's disallow possibly ambiguous cases */
if (size > (max_alloc_size - 32))
return NULL;
ptr = malloc(size);
if(!ptr && !size) {
size = 1;
ptr= av_malloc(1);
}
return ptr;
}

可以看出，此时的av_malloc()就是简单的封装了系统函数malloc()，并做了一些错误检查工作。

关于size_t

size _t 这个类型在FFmpeg中多次出现，简单解释一下其作用。size _t是为了增强程序的可移植性而定义的。不同系统上，定义size_t可能不一样。它实际上就是unsigned int。

为什么要内存对齐？

FFmpeg内存分配方面多次涉及到“内存对齐”（memory alignment）的概念。
这方面内容在IBM的网站上有一篇文章，讲的挺通俗易懂的，在此简单转述一下。

程序员通常认为内存就是一个字节数组，每次可以一个一个字节存取内存。例如在C语言中使用char *指代“一块内存”，Java中使用byte[]指代一块内存。如下所示。

但那实际上计算机处理器却不是这样认为的。处理器相对比较“懒惰”，它会以2字节，4字节，8字节，16字节甚至32字节来存取内存。例如下图显示了以4字节为单位读写内存的处理器“看待”上述内存的方式。

上述的存取单位的大小称之为内存存取粒度。
下面看一个实例，分别从地址0，和地址1读取4个字节到寄存器。

从程序员的角度来看，读取方式如下图所示。

而2字节存取粒度的处理器的读取方式如下图所示。

可以看出2字节存取粒度的处理器从地址0读取4个字节一共读取2次；从地址1读取4个字节一共读取了3次。由于每次读取的开销是固定的，因此从地址1读取4字节的效率有所下降。

4字节存取粒度的处理器的读取方式如下图所示。

可以看出4字节存取粒度的处理器从地址0读取4个字节一共读取1次；从地址1读取4个字节一共读取了2次。从地址1读取的开销比从地址0读取多了一倍。由此可见内存不对齐对CPU的性能是有影响的。

av_realloc()

av_realloc()用于对申请的内存的大小进行调整。它的定义如下。

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void *av_realloc(void *ptr, size_t size)
{
#if CONFIG_MEMALIGN_HACK
int diff;
#endif
/* let's disallow possibly ambiguous cases */
if (size > (max_alloc_size - 32))
return NULL;
#if CONFIG_MEMALIGN_HACK
//FIXME this isn't aligned correctly, though it probably isn't needed
if (!ptr)
return av_malloc(size);
diff = ((char *)ptr)[-1];
av_assert0(diff>0 && diff<=ALIGN);
ptr = realloc((char *)ptr - diff, size + diff);
if (ptr)
ptr = (char *)ptr + diff;
return ptr;
#elif HAVE_ALIGNED_MALLOC
return _aligned_realloc(ptr, size + !size, ALIGN);
#else
return realloc(ptr, size + !size);
#endif
}

默认情况下（CONFIG_MEMALIGN_HACK这些宏使用默认值0）的代码：

[cpp] view plain copy

void *av_realloc(void *ptr, size_t size)
{
/* let's disallow possibly ambiguous cases */
if (size > (max_alloc_size - 32))
return NULL;
return realloc(ptr, size + !size);
}

可以看出av_realloc()简单封装了系统的realloc()函数。

av_mallocz()

av_mallocz()可以理解为av_malloc()+zeromemory。代码如下。

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void *av_mallocz(size_t size)
{
void *ptr = av_malloc(size);
if (ptr)
memset(ptr, 0, size);
return ptr;
}

从源代码可以看出av_mallocz()中调用了av_malloc()之后，又调用memset()将分配的内存设置为0。

av_calloc()

av_calloc()则是简单封装了av_mallocz()，定义如下所示。

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void *av_calloc(size_t nmemb, size_t size)
{
if (size <= 0 || nmemb >= INT_MAX / size)
return NULL;
return av_mallocz(nmemb * size);
}

从代码中可以看出，它调用av_mallocz()分配了nmemb*size个字节的内存。

av_free()

av_free()用于释放申请的内存。它的定义如下。

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void av_free(void *ptr)
{
#if CONFIG_MEMALIGN_HACK
if (ptr) {
int v= ((char *)ptr)[-1];
av_assert0(v>0 && v<=ALIGN);
free((char *)ptr - v);
}
#elif HAVE_ALIGNED_MALLOC
_aligned_free(ptr);
#else
free(ptr);
#endif
}

默认情况下（CONFIG_MEMALIGN_HACK这些宏使用默认值0）的代码：

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void av_free(void *ptr)
{
free(ptr);
}

可以看出av_free()简单的封装了free()。

av_freep()

av_freep()简单封装了av_free()。并且在释放内存之后将目标指针设置为NULL。

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void av_freep(void *arg)
{
void **ptr = (void **)arg;
av_free(*ptr);
*ptr = NULL;
}

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