《Cracking the Coding Interview》——第13章：C和C++——题目9

2014-04-25 20:37

题目：请设计一个字节对齐的malloc函数，配套上对应的free函数。要求这个函数分配出的内存块儿的首地址是某个值n的整数倍，n是2的整次幂，比如128、1024之类的。

解法：默认的malloc分配的首地址是不确定的，所以我们需要多分配一些内存，才能保证其中至少有一个字节能满足上述的要求，作为首地址。多余的地址不会被使用，但也要一起释放。每n个字节里，肯定有一个字节的地址是n的整数倍。所以我们至多需要多多分配n个字节。找到那个字节，作为结果返回即可。malloc说完了，free还存在一个问题。怎么知道最初由malloc分配的真实首地址呢？答案是：malloc的时候就找个地方存起来。至于存哪儿，放在那个内存块儿的前面或者后面都行，对于普通的far指针，需要额外四个字节的空间。这样要free的时候就不会抓瞎了。

代码：

// 13.9 Implement a memory-aligned malloc(), which returns a block of memory, and the address of the first byte is a multiple of a power of 2.
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
using namespace std;

void *aligned_malloc(int nbytes, int align)
{
    // boundary check
    if (nbytes < 1 || align < 1) {
        return nullptr;
    }
    
    // make sure that align is a power of 2
    while ((align & align - 1) != 0) {
        align = (align & align - 1);
    }
    
    void *p1, *p2;
    
    p1 = (void *)malloc(nbytes + align - 1 + sizeof(void *));
    if (p1 == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    p2 = (void *)(((size_t)p1 + align - 1 + sizeof(void *)) & (~(align - 1)));
    ((void **)p2)[-1] = p1;
    
    return p2;
}

void aligned_free(void *ptr)
{
    if (ptr == nullptr) {
        return;
    }
    free(((void **)ptr)[-1]);
}

int main()
{
    void *p1 = aligned_malloc(100, 4096);
    void *p2 = malloc(100);
    
    printf("p1 = %p\n", p1);
    printf("p2 = %p\n", p2);
    aligned_free(p1);
    free(p2);
    
    return 0;
}