在 C 中不使用 malloc 将局部变量保存在堆上（使用 sbrk 或 brk）

Question

我有一个结构如下：

struct 
  __attribute__((__packed__)) // compiler directive, avoid "gcc" padding bytes to struct
  meta_data {
    size_t size;             // 8 bytes (in 64-bit OS)
    char free;               // 1 byte ('f' or 'o')
};

该结构的大小为 9 个字节。

我想使用 sbrk 或 brk 在堆上分配 9 个字节并在堆上保存一个结构，并返回指向堆上动态分配的 memory 块的指针。

目前我有这样的事情：

void *add(size_t size) {
  void* returnPointer;
  returnPointer = sbrk(9);
  struct meta_data newMetadata;
  newMetadata.size = size;
  newMetadata.free = 'o';
  return returnPointer;
}

这个 function 应该可以多次使用，以在堆上添加更多元数据块。

但是，在这种情况下，当function结束时，function内部声明的局部变量newMetadata也被终止。

我怎样才能将它保留在堆上而不失去对创建的新元数据的访问权限？

注意：我不允许为此使用 malloc。

Answer 1

通常的方法是模仿一些malloc包的作用。 也就是说，将元数据放在比作为“数据”指针返回的地址更低的地址。

这是您重构的代码以执行此操作：

#include <unistd.h>

struct meta_data {
    size_t size;                        // 8 bytes (in 64-bit OS)
    char free;                          // 1 byte ('f' or 'o')
// compiler directive, avoid "gcc" padding bytes to struct
} __attribute__ ((__packed__));

void *
add(size_t size)
{
    struct meta_data *meta;
    void *returnPointer;

    meta = sbrk(sizeof(struct meta_data) + size);
    meta->size = size;
    meta->free = 'o';

    returnPointer = meta;
    returnPointer += sizeof(struct meta_data);

    return returnPointer;
}

请注意，大多数malloc替换将保证returnPointer是“出于任何目的对齐”，这通常意味着对齐到 8 字节边界（即returnPointer的低 3 位为 0）。

上面的代码没有这样做，所以你可以 [later] 添加它。