malloc lab

首先对基于隐式空闲链表，使用立即边界标记合并方式实现的简单分配器进行分析。实验参考资料

隐式空闲链表的恒定形式如下图所示：

其结构为： 第一个字是不使用的填充字，使得双字的序言块(prologue block)边界对齐。这个特殊的序言块是一个8字节的分配块，仅由一个头部和一个脚部组成。序言块后面紧跟着零个或多个malloc创建free调用的普通块，在初始化时，这个块接近堆的大小。在堆的尾部是一个特殊的大小为零已分配的结尾块(epilogue block)，只由一个头部组成。在初始化(mm_init)的时候，序言块、结尾块以及之间的大的空闲块（具有头部和尾部，是由extend_heap函数创建的）被创建，序言块永远不会释放。
（1）获得堆中空闲块的起始地址

void *mem_sbrk(int incr) {char *old_brk=mem_brk; if((incr<0)||((mem_brk+incr)>mem_max_addr)) {errno=ENOMEM;fprintf(stderr,"ERROR: mem_sbrk failed. Ran out of memory...\n");return (void *) -1;}mem_brk+=incr;return (void *)old_brk;
}

（2）定义具体地址访问操作实现方法

/*创建基本常量和操作，宏函数的名字应该能体现出函数的行为是什么*/
#define WSIZE 4 //一个字的大小，四个字节
#define DSIZE 8 //分配器的返回的块是8字节对齐的，块就是一次分配的大小，例如malloc(3)，将返回块的大小是8
#define CHUNKSIZE (1<<12) //最大的空闲块#define MAX(x,y) ((x) > (y)? (x) : (y))/*将头部或尾部中保存的块的大小和3位标记位进行合并*/
#define PACK(size,alloc) ((size)|(alloc))/*从地址p读或者写一个四字节的量*/
#define GET(p) (*(unsigned int *) (p))
#define PUT(p,val) (*(unsigned int *) (p)=(val))/*从地址p获得块的大小以及查看块是已分配还是空闲的*/
#define GET_SIZE(p) (GET(p) & -0x7)
#define GET_ALLOC(p) (GET(p) & 0x1)/*从空闲块（有效载荷）地址获得头部地址或者尾部地址*/
#define HDRP(bp) ((char *)(bp) - WSIZE)
#define FTRP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(HDRP(bp)) - DSIZE)//这里减DSIZE是因为加上GET_SIZE，多加了一个头部                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                /*通过空闲块的地址bp，计算下一个或前一个块的地址*/
#define NEXT_BLKP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(((char *)(bp) - WSIZE)))//注意：这里的括号是个易错点，(char *)(bp) - WSIZE是一个整体注意加括号，总之是一个整体的通通加括号确定计算，依靠优先级在这里不好使
#define PREV_BLKP(bp) ((char *)(bp)-GET_SIZE(((char *)(bp) - DSIZE)))

（3）创建初始空闲链表

int mm_init() {if((heap_listp=mem_sbrk(4*WSIZE))==(void *)-1) {//看分配是否越界return -1；}PUT(heap_listp,0);//从地址heap_listp写入四个字节，内容为0PUT(heap_listp+(1*WSIZE),PACK(DSIZE,1));//填入序言块头部的内容PUT(heap_listp+(2*WSIZE),PACK(DSIZE,1));//填入序言块尾部的内容PUT(heap_listp+(3*WSIZE),PACK(0,1));//结尾块头部的内容heap_listp+=(2*WSIZE);//初始化后heap_listp的最终位置//最大的空闲块被创建if(extend_heap(CHUNKSIZE/WSIZE)==NULL)return -1;return 0;
}
static void *extend_heap(size_t words) {char *bp;size_t size;/*强行进行偶数个字分配*/size=(words%2) ? (words+1)*WSIZE : words*WSIZE;if((long) (bp=mem_sbrk(size))==-1)//申请的区域超出最大堆的大小return NULL;/*对空闲块填充必要信息*/PUT(HDRP(bp),PACK(size,0));PUT(FTRP(bp),PACK(size,0));PUT(HDRP(NEXT_BLKP(bp))，PACK(0，1));/*采用立即边界合并方式：在每次一个块被释放时就合并所有的相邻块*/return coalesce(bp);
}

释放和合并块

void mm_free(void *bp) {/*获取分配空间的大小,将标记位进行清零*/size_t size=GET_SIZE(HDRP(bp));PUT(HDRP(bp),PACK(size,0));PUT(FTRP(bp),PACK(size,0));//释放后立即检查能不能合并coalesce(bp);
}static void *coalesce(void *bp) {/*获取前后块的标记位信息*/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));//当前块的大小/*合并块的四种情况*/if(prev_alloc&&next_alloc) {//前后块都已分配，不进行合并return bp;} else if(prev_alloc&&!next_alloc) {//后块没有分配size+=GET_SIZE(HDRP(NEXT_BLKP(bp)));PUT(HDRP(bp),PACK(size,0));PUT(FTRP(bp),PACK(size,0));} else if(!prev_alloc&&next_alloc) {//前块没有分配size+=GET_SIZE(HDRP(PREV_BLKP(bp)));PUT(FTRP(bp),PACK(size,0));PUT(HDRP(PREV_BLKP(bp)),PACK(size,0));bp=PREV_BLKP(bp);} else {//前后都没有分配size+=GET_SIZE(HDRP(PREV_BLKP(bp)))+GET_SIZE(FTRP(NEXT_BLKP(bp)));PUT(HDRP(PREV_BLKP(bp)),PACK(size,0));PUT(FTRP(NEXT_BLKP(bp)),PACK(size,0));bp=PREV_BLKP(bp);}return bp;
}

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