【原译】简单的Malloc实现

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原文链接地址：http://os-blog.com/basic-malloc-implementation/

已经有很多不同的，很强大的malloc的具体实现，比如tcmalloc, ptmalloc, dlmalloc, and jemalloc，但是，在我们不加思索的使用这些之前，考虑一下如果实现一个基本的简单的malloc函数是非常有用的。

现在，一般来说，我们可以实现malloc使得对malloc的调用将会被映射到系统调用sbrk上，sbrk(n)将会移动程序中断的位置-也就是程序的data段的最后。-偏移n个字节，这意味着，n个字节的内存就被分配给了当前程序

我们最终的实现大概看起来会像这样

void* malloc (unsigned n) 
{
    return sbrk(n);
}

然而，调用一次sbrk是非常昂贵的。因此，如果我们的malloc实现，通过一次sbrk调用分配到了一块很大的内存块，当需要的时候再把这块内存分成更小的部分，相比不论什么时候需要分配了就去调用malloc，将会更加高效一些。

记住，当申请到的内存已经用完的时候，malloc将不得不调用一次sbrk，此时，新申请到的大块内存将和原来的大块内存不是连续的。

另外，我们将会想要重新使用那些我们已经释放的内存，因此我们的malloc实现应该保持记录当前对程序可用的内存。由于一段时间后，这些可用的小的内存块将不再连续，我们将会使用一个链表保持记录这些可用的内存块。

最后，我们需要记录在我们的链表中，每一小块可用的内存有多大，我们给我们的链表结构添加一个size域

把上面所有的结合起来，最终，这就是一个简单的malloc的实现。

#define MINIMUM 1024  /*通过sbrk分配的最小内存 */

struct header {
    struct header* next; /* 指向下一个节点的指针 */
    unsigned size;
}

static header base; /* 链表头 */
static header* freep = NULL; /* 空闲内存的链表 */

void* malloc (unsigned n) 
{
    header* p, *prev;
    unsigned nunits;
    
    nunits = (n + sizeof(header) - 1) / sizeof(header);
    /* 检查是否还有有空闲内存的链表 */
    if ((prev = freep) == NULL) {
        base.next = freep = prev = &base;
        base.size = 0;
    }
    
    for (p = prev->next; ; prev = p, p = p->next) {
        /* 空间的内存是否足够? */
        if (p.size >= nunits) { 
            if (p->size == nunits) /* 如果够? */
                prev->next = p->next;
            else { /* 不够就分配不够的部分 */
                p->size -= nunits;
                p += p->size;
                p->size = nunits;
            }
            freep = prev;
            return (void *)(p + 1);
        }
        
        if (p == freep) /* wrapped around list */
            if ((p = moremem(nunits)) == NULL)
                return NULL; /* 没有空内存 */
    }
}

/* 从内核中请求更多的内存 */
header* moremem (unsigned n) 
{
    char* p;
    header* up;
    
    if (n < MINIMUM)
        n = MINIMUM;
        
    p = sbrk(n * sizeof(header));
    
    if (p == (char *) -1) /* 没有空闲内存 */
        return NULL;
        
    up = (header *) p;
    up->size = n;
    free((void *)(up + 1));
    
    return freep;
}