Kernighan＆Ritchie malloc自由邏輯

Question

我在free（）實現中花了幾個小時處理一個特定的條件。 我搜索了網絡和stackoverflow，看看是否有其他人討論過這個，但我沒有找到。 我理解第二版（ANSI）第187頁和第188頁中描述的3個功能背后的一般概念。 我是一名專業人士，大部分代碼對我來說都很有意義，但是當我弄清楚所有3個函數如何在第一次調用時工作時（換句話說，將* freep初始化為某些東西），我感到難過。

以下是我從代碼中得出的步驟：步驟1.有兩個全局變量定義如下

typedef long Align;
union header { /* block header */
      struct {
      union header *ptr; /* next block if on free list */
      unsigned size; /* size of this block */
      } s;
      Align x; /* force alignment of blocks */
};
typedef union header Header;

   static Header base; /* empty list to get started */
   static Header *freep = NULL; /* start of free list */

第2步：首先通過malloc（）函數，因為第一次，當用戶調用malloc（）時，上面給出的2個全局變量將不包含任何可用數據。 我在本節下面的書中附上了malloc（）的代碼。 我理解'nunits'是如何計算的。 如果freep == NULL，則將freep＆prevp指向＆base。 因此，首次輸入for循環，其中p == prevp-> s.ptr == base.s.ptr == freep == prevp ==＆base（sic）。 下一個if條件為false，因為base.s.size在第一次調用期間已設置為零。 現在，下一個if條件（p == freep）為真，因為它們都指向'base'的地址。 因此，此時我們調用morecore（），這將在下面的步驟3中描述。

/* malloc: general-purpose storage allocator */
void *malloc(unsigned nbytes)
{
    Header *p, *prevp;
    Header *morecore(unsigned);
    unsigned nunits;
    nunits = (nbytes+sizeof(Header)-1)/sizeof(header) + 1;
    if ((prevp = freep) == NULL) { /* no free list yet */
          base.s.ptr = freeptr = prevptr = &base;
          base.s.size = 0;
    }
    for (p = prevp->s.ptr; ; prevp = p, p = p->s.ptr) {
         if (p->s.size >= nunits) { /* big enough */
               if (p->s.size == nunits) /* exactly */
                     prevp->s.ptr = p->s.ptr;
               else { /* allocate tail end */
                     p->s.size -= nunits;
                     p += p->s.size;
                     p->s.size = nunits
               }
               freep = prevp;
               return (void *)(p+1);
          }
          if (p == freep) /* wrapped around free list */
               if ((p = morecore(nunits)) == NULL)
                      return NULL; /* none left */
    } // end of for loop
}

第3步：morecore（）

到目前為止，所有指針都指向＆base（全局），我們輸入morecore（）調用OS以獲得可用內存空間。 morecore（）然后將此內存的開頭初始化為Header結構，如下所示：

   Header *up;
   up = the memory from OS
   up->s.size =  nu; (number of units, each of size = sizeof(Header))
   free( (void*) (up+1) );
   return freep;

在init之后，morecore（）使用指向下一個地址的參數（在初始Header結構之后）調用free（）。 morecore（）不會改變freep global，它仍然指向＆base。

第4步：輸入free（）。

我的問題是自由功能，所以我只給出下面的相關行。

    void free( void* ap)
    {
         Header *bp, *p; // a pointer to base (ie. Header) and a temporary pointer p.
         bp = (Header *)ap - 1;  // point to block header
         for (p = freep;  !(bp > p && bp < p->s.ptr) ;  p = p->s.ptr)

              if ( p >= p->s.ptr && (bp > p || bp < p->s.ptr) )
                   break; // freed block at start or end of arena.

輸入for循環時，p == freep ==＆base still。 在此之后我在條件方面遇到麻煩。 將首先執行for循環條件 - 將基本（全局）地址（p == freep ==＆base still）與來自OS的新獲取空間的地址進行比較（注意 - 此地址通過free的參數來進行）。 在malloc中，我們將freep == p-> s.ptr初始化為＆base。 因此，此時p和p-> s.ptr都指向相同的地址。 因此，for條件將為TRUE，因為bp不能同時為>和<相同的地址。 注意否定，這使得循環條件為TRUE，如果條件，我們輸入。

第5步：

if條件的第一部分是p> = p-> s.ptr。 這是正確的，因為p == freep ==＆base == p-> s.ptr（在malloc中設置）。 if條件的第二部分為TRUE，因為bp必須是>或<相同的地址（p == p-> s.ptr）。 因此，我們打破for循環因為釋放的塊是競技場的開始（或競技場的結束，如果我們通過malloc維護的循環鏈接的免費記憶列表達到這一點）。

第6步：我的問題在這里

if(bp + bp->s.size == p->s.ptr) {          // join to upper nbr
     bp->s.size  += p->s.ptr->s.size;
     bp->s.ptr  =   p->s.ptr->s.ptr;  
}
else  bp->s.ptr = p->s.ptr;

繼續... for循環之后的第一個if條件為假，因為新分配的內存空間不等於p-> s.ptr，這是'base'的地址。 所以，執行else，並將新分配的頭設置為p-> s.ptr == freep-> s.ptr == freep ==＆base !!! 為什么這個新指針被設置為'base'全局地址？

我的第二個問題是為什么2級間接（上面第3行代碼）設置bp-> s.ptr，以防條件滿足？ （我知道這是加入連續的塊。）

STEP 7：加入較低的nbr（是書中的評論）

 if (p + p->s.size == bp) {
     p->s.size  += bp->s.size;
     p->s.ptr  =  bp->s.ptr;
 }
 else   p->s.ptr = bp;
 freep = p;

由於同樣的原因，在第一次傳遞期間，下一個if條件也將為false，而else子句將p-> s.ptr == base.s.ptr == freep-> s.ptr設置為新分配的內存。 那么，在我們第一次通過malloc / morecore / free序列時，下一個語句freep = p是多余的？ 在所有這些步驟結束時，freep仍然指向'base'的地址？ 沒有變化 ？ 感覺像我在邏輯上犯了一些錯誤。

關於ANSI標准C關於工會的說法的一點澄清。 這可以追溯到上面第一個帶有'typedef'的代碼snipet。 我認為靜態聯合中的所有成員（比如靜態Header基礎）都被編譯器初始化為零？ 如果我沒有將它們聲明為靜態怎么辦？ 在這種情況下struct s.header ptr是否為NULL？

如果我在第7步的邏輯中犯了任何錯誤，請指出第一遍。 我還要感謝，如果有人花時間寫清楚（我已經完成的方式）free（）如何工作以及free（）中各種條件的偽代碼。 這個線程對學生/新手非常有用。

感謝您的時間和解釋。

Answer 1

為什么這個新指針被設置為'base'全局地址？

在malloc實現的描述中，據說最后一個塊具有指向第一個塊的指針。 並且由於第一次調用函數，你沒有任何塊，因此這個塊指向自身。

那么，在我們第一次通過malloc / morecore / free序列時，下一個語句freep = p是多余的？ 在所有這些步驟結束時，freep仍然指向'base'的地址？ 沒有變化 ？ 感覺像我在邏輯上犯了一些錯誤。

我相信，在第一次調用malloc時，你的推理中沒有關於freep = p = &base錯誤。 我想，通常這段代碼非常棘手。 在這個問題中（ 從K＆R書中解釋malloc的這種實現 ），您可以找到更多關於k＆r malloc()實現的批評

但對於你的情況，我認為名字free()讓你感到困惑。 因為函數free()實際上有兩個目的：初始化全新的自由列表並顯然釋放以前分配的內存。 S.Macconnell的“代碼完整”說，具有多種用途的功能並不是一個好主意。

所以在第一遍中，實際上你不需要一些額外的任務（初始化free()制度）。 但是在下一次free調用（實際釋放先前分配的內存的方式）對於指向最后一塊空閑列表內存以便合並內存很有用。

關於ANSI標准C關於工會的說法的一點澄清。 這可以追溯到上面第一個帶有'typedef'的代碼snipet。 我認為靜態聯合中的所有成員（比如靜態Header基礎）都被編譯器初始化為零？

是的，引用c89草案 （3.5.7。初始化）：

如果沒有顯式初始化具有靜態存儲持續時間的對象，則會隱式初始化它，就好像每個具有算術類型的成員都被賦值為0，並且每個具有指針類型的成員都被賦予空指針常量。 如果未顯式初始化具有自動存儲持續時間的對象，則其值不確定。

如果我沒有將它們聲明為靜態怎么辦？ 在這種情況下struct s.header ptr是否為NULL？

我相信這將是垃圾。