C语言中malloc函数实现

该实现使用大容量的静态数组作为堆，但也可使用操作系统调用分配堆。定义了一个数据类型Header保存每个存储器块的簿记信息，定义了具有Header类型元素的堆数组，这样就可以很容易地将簿记信息保存在存储器块中。类型Header包含了3块信息：指向列表的下一个块的指针，当前分配空间的长度，后面的自由空间的长度。另外，类型Header的定义还使用了一个union声明和Align数据类型，这是将存储器元素排在合理的字节边界上，根据系统的不同，这有时是需要的，有时是不需要的。

  在malloc函数中，当申请空间时，至少要分配两个Header元素节点，有什么原因吗？当然有，因为每个空间块都包含两部分：空间头和空间体。空间头是为维护堆而设计的，说到底就是维护已用空间链表，为搜索空闲空间和释放已用空间服务。空间体是供用户读写的，当malloc函数返回给用户一个指针时，用户就可以设定自己的规格，比如强制转换成int或double类型，接下来就可以按照这种规格进行读写了。需要注意一点，空间头是不能被用户访问的，它是用来维护堆的，不是为用户服务的，所以malloc函数返回的指针是指向空间体的，而不是指向空间头的，理所当然free函数得到的指针也是指向空间体的。可是为了释放空间，free函数需要得到该空间的空间头信息，所以实现时需要把指针调整一下，改为指向空间头，此情形下，加一即可。另外一点，空间头和空间体同为Header类型，用union声明再合适不过。下面就是malloc函数和free函数的实现代码：

#define NULL 0
#define MEMSEZE 8096

typedef double Align;
typedef union header
{
        struct {
               union header* next;
               unsigned usedsize;
               unsigned freesize;
               }s;
        Align a;
}header;
static Header mem[MEMSIZE];
static Header* memptr=NULL;

void* malloc(unsigned nbytes)
{
      Header *p,*newp;
      unsigned nunits;
      nunits=(nbytes+sizeof(Header)-1)/sizeof(Header)+1;
      if(memptr==NULL)
      {
         memptr->s.next=memptr=mem;
         memptr->s.usedsize=1;
         memptr->s.freesize=MEMSIZE-1;
      }
      for(p=memptr;(p->s.next!=memptr) && (p->s.freesize<nunits);p=p->s.next);
      if(p->freesize<nunits) return NULL;
      newp=p+p->s.usedsize;
      newp->s.usedsize=nunits;
      newp->s.freesize=p->s.freesize-nunits;
      newp->s.next=p->s.next;
      p->s.freesize=0;
      p->s.next=newp;
      memptr=newp;
      return (void*)(newp+1);
}
void free(void* ap)
{
     Header *bp,*p,*prev;
     bp=(Header*)ap-1;
     for(prev=memptr,p=memptr->s.next;
     (p!=bp) && (p!=memptr);prev=p,p=p->next);
     if(p!=bp) return;
     prev->s.freesize+=p->s.usedsize+p->s.freesize;
     prev->s.next=p->s.next;
     memptr=prev;
}