FFmpeg5.0源码阅读——内存分配和释放
Posted 落樱弥城
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了FFmpeg5.0源码阅读——内存分配和释放相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
参考的源码为FFmpeg5.0，commit-id为641c434。
简单看一下FFmpeg中申请和释放内存的相关函数的具体实现。在解析源码的时候会移除部分内容方便阅读。
1 基本的内存分配和释放
FFmpeg中内存申请和分配的实现都是对malloc和free的包装，基本都在libavutil/mem.c文件中。
1.1 av_malloc、av_mallocz和av_calloc
av_malloc：申请size大小的内存。
av_mallocz：申请size大小的内存并初始化为0。
av_calloc：申请n个元素大小的内存。
void *av_malloc(size_t size)
void *ptr = NULL;
//检查传入的size是否大于最大值
if (size > atomic_load_explicit(&max_alloc_size, memory_order_relaxed))
return NULL;
//内存对齐
#if HAVE_POSIX_MEMALIGN
if (size) //OS X on SDK 10.6 has a broken posix_memalign implementation
if (posix_memalign(&ptr, ALIGN, size))
ptr = NULL;
#elif HAVE_ALIGNED_MALLOC
ptr = _aligned_malloc(size, ALIGN);
#elif HAVE_MEMALIGN
#ifndef __DJGPP__
ptr = memalign(ALIGN, size);
#else
ptr = memalign(size, ALIGN);
#endif
#else
ptr = malloc(size);
#endif
if(!ptr && !size)
size = 1;
ptr= av_malloc(1);
#if CONFIG_MEMORY_POISONING
if (ptr)
memset(ptr, FF_MEMORY_POISON, size);
#endif
return ptr;
上面是FFmpeg中的av_malloc的源码，能够看到首先会检查传入的size是否大于默认的最大值，如果大于则返回NULL。其中默认的最大值max_alloc_size是一个静态变量。atomic_load_explicit就是以原子方式加载并返回指向的原子变量的当前值。
static atomic_size_t max_alloc_size = ATOMIC_VAR_INIT(INT_MAX);
之后会根据不同的配置以不同的内存对齐方式分配内存。内存对齐对访存友好、缓存友好、原子性等优点，具体可参考purpose-of-memory-alignment。posix_memalign、_aligned_malloc、memalign就是不同平台以不同的ALIGN的内存对齐方式分配内存。默认的ALIGN根据是否支持avx512分别为32和16。
#define ALIGN (HAVE_AVX512 ? 64 : (HAVE_AVX ? 32 : 16))
/* Why 64?
* Indeed, we should align it:
* on 4 for 386
* on 16 for 486
* on 32 for 586, PPro - K6-III
* on 64 for K7 (maybe for P3 too).
* Because L1 and L2 caches are aligned on those values.
* But I don't want to code such logic here!
*/
/* Why 32?
* For AVX ASM. SSE / NEON needs only 16.
* Why not larger? Because I did not see a difference in benchmarks ...
*/
/* benchmarks with P3
* memalign(64) + 1 3071, 3051, 3032
* memalign(64) + 2 3051, 3032, 3041
* memalign(64) + 4 2911, 2896, 2915
* memalign(64) + 8 2545, 2554, 2550
* memalign(64) + 16 2543, 2572, 2563
* memalign(64) + 32 2546, 2545, 2571
* memalign(64) + 64 2570, 2533, 2558
*
* BTW, malloc seems to do 8-byte alignment by default here.
*/
之后会检查插入的size为0时，返回的内存时不是真的是NULL，是的话就会重新调用av_malloc分配1byte的内存。下面是该处的commit message。
Only add 1 byte to av_malloc(0) when it actually returned NULL
最后会感觉是否设置了CONFIG_MEMORY_POISONING将申请到的内存设置为默认值FF_MEMORY_POISON(0x2a)。
从上面的实现可以看出，我们需要关心的就是内存对齐，即传入的size实际的内存可能比size大。以及传入size为0时，得到的内存不一定为NULL，可能为1byte的内存的指针。
void *av_mallocz(size_t size)
void *ptr = av_malloc(size);
if (ptr)
memset(ptr, 0, size);
return ptr;
av_mallocz的实现就是调用了av_malloc只不过初始化为0，。
void *av_calloc(size_t nmemb, size_t size)
size_t result;
if (size_mult(nmemb, size, &result) < 0)
return NULL;
return av_mallocz(result);
av_calloc实现比较简单不详述。
1.2 av_realloc
av_realloc：类似realloc，相比而言做了边检检查、对齐和初始化工作。
void *av_realloc(void *ptr, size_t size)
void *ret;
if (size > atomic_load_explicit(&max_alloc_size, memory_order_relaxed))
return NULL;
#if HAVE_ALIGNED_MALLOC
ret = _aligned_realloc(ptr, size + !size, ALIGN);
#else
ret = realloc(ptr, size + !size);
#endif
#if CONFIG_MEMORY_POISONING
if (ret && !ptr)
memset(ret, FF_MEMORY_POISON, size);
#endif
return ret;
av_realloc的实现和av_malloc相比基本流程类似：首先检查传入的size是否超出默认的值；然后根据是否需要对齐分别采用对应版本的api重新分配内存，这里有点儿不同的是size + !size保证传入的尺寸至少不会为0，因为realloc传入0等同于free；最后根据需要设置内存。
1.3 av_realloc_f
av_realloc_f：realloc分配n个对应元素的大小的内存。
void *av_realloc_f(void *ptr, size_t nelem, size_t elsize)
size_t size;
void *r;
if (size_mult(elsize, nelem, &size))
av_free(ptr);
return NULL;
r = av_realloc(ptr, size);
if (!r)
av_free(ptr);
return r;
具体时间调用av_realloc实现，区别是av_realloc返回的是指定大小内存的指针，而av_realloc_f返回n个大小为elsize的元素的内存指针。首先计算实际需要分配的内存大小；然后调用av_realloc分配内存；最后检查如果失败则调用av_free释放内存。释放的原因注释中提到了：
It frees the input block in case of failure, thus avoiding the memory leak with the classic
而size_mult就是用来计算实际的内存大小的。除了计算a*b外还做了越界检查。
static int size_mult(size_t a, size_t b, size_t *r)
size_t t;
#if (!defined(__INTEL_COMPILER) && AV_GCC_VERSION_AT_LEAST(5,1)) || AV_HAS_BUILTIN(__builtin_mul_overflow)
if (__builtin_mul_overflow(a, b, &t))
return AVERROR(EINVAL);
#else
t = a * b;
/* Hack inspired from glibc: don't try the division if nelem and elsize
* are both less than sqrt(SIZE_MAX). */
if ((a | b) >= ((size_t)1 << (sizeof(size_t) * 4)) && a && t / a != b)
return AVERROR(EINVAL);
#endif
*r = t;
return 0;
1.4 av_reallocp
av_reallocp：功能和av_realloc类似只是实现不同。
int av_reallocp(void *ptr, size_t size)
void *val;
if (!size)
av_freep(ptr);
return 0;
memcpy(&val, ptr, sizeof(val));
val = av_realloc(val, size);
if (!val)
av_freep(ptr);
return AVERROR(ENOMEM);
memcpy(ptr, &val, sizeof(val));
return 0;
在阅读av_reallocp的实现之前，首先需要明确的是av_reallocp接受的p是一个二级指针，即如果你希望申请内存的指针为ptr，传入的应该是&ptr。比如下面是FFmpeg中调用av_reallocp的例子：
char *src = NULL;
err = av_reallocp(&src, len);
了解到这一点阅读就会轻松很多。首先会检查size是否为0，为0就释放内存，然后将ptr的值拷贝到临时变量&val中，此时val和*ptr指向同一块内存，然后通过av_realloc申请内存，最后检查是否成功以及将&val拷贝回ptr。
需要注意的是FFmpeg中的内存管理的api中后缀带p的都是类似的实现。
1.5 av_malloc_array和av_mallocz_array
av_malloc_array：申请n个元素大小的内存；
av_mallocz_array：申请n个元素大小的内存并初始化。
void *av_malloc_array(size_t nmemb, size_t size)
size_t result;
if (size_mult(nmemb, size, &result) < 0)
return NULL;
return av_malloc(result);
#if FF_API_AV_MALLOCZ_ARRAY
void *av_mallocz_array(size_t nmemb, size_t size)
size_t result;
if (size_mult(nmemb, size, &result) < 0)
return NULL;
return av_mallocz(result);
1.6 av_realloc_array和av_reallocp_array
av_realloc_array：realloc n个元素大小的内存；
av_reallocp_array：realloc n个元素大小的内存；
void *av_realloc_array(void *ptr, size_t nmemb, size_t size)
size_t result;
if (size_mult(nmemb, size, &result) < 0)
return NULL;
return av_realloc(ptr, result);
int av_reallocp_array(void *ptr, size_t nmemb, size_t size)
void *val;
memcpy(&val, ptr, sizeof(val));
val = av_realloc_f(val, nmemb, size);
memcpy(ptr, &val, sizeof(val));
if (!val && nmemb && size)
return AVERROR(ENOMEM);
return 0;
二者的功能类似，只是实现不同，av_reallocp_array是使用上面av_reallocp类似的实现方式实现。
1.7 av_free和av_freep
av_free：释放内存；
av_freep：释放内存并将指针置为NULL；
void av_free(void *ptr)
#if HAVE_ALIGNED_MALLOC
_aligned_free(ptr);
#else
free(ptr);
#endif
void av_freep(void *arg)
void *val;
memcpy(&val, arg, sizeof(val));
memcpy(arg, &(void *) NULL , sizeof(val));
av_free(val);
av_free实际调用的就是对齐版本的free和普通版本的free实现。而av_freep实现调用的是av_free，并将指针置为NULL。
1.8 av_memdup、av_strdup和av_strndup
av_strdup：拷贝字符串；
av_strndup：拷贝字符串的len长度的值；
av_memdup：内存复制。
char *av_strdup(const char *s)
char *ptr = NULL;
if (s)
size_t len = strlen(s) + 1;
ptr = av_realloc(NULL, len);
if (ptr)
memcpy(ptr, s, len);
return ptr;
char *av_strndup(const char *s, size_t len)
char *ret = NULL, *end;
if (!s)
return NULL;
end = memchr(s, 0, len);
if (end)
len = end - s;
ret = av_realloc(NULL, len + 1);
if (!ret)
return NULL;
memcpy(ret, s, len);
ret[len] = 0;
return ret;
void *av_memdup(const void *p, size_t size)
void *ptr = NULL;
if (p)
ptr = av_malloc(size);
if (ptr)
memcpy(ptr, p, size);
return ptr;
av_strdup和av_strndup的实现比较简单，主要区别是av_strndup需要考虑末尾的\\0的问题。av_memdup就是简单的申请然后拷贝操作。
1.9 av_dynarray_add_nofree、av_dynarray_add和av_dynarray2_add
av_dynarray_add：在列表末尾添加元素，失败释放内存；
av_dynarray_add_nofree：在列表末尾添加元素，失败不释放内存；
av_dynarray2_add：在列表末尾添加元素，失败释放内存；
void av_dynarray_add(void *tab_ptr, int *nb_ptr, void *elem)
void **tab;
memcpy(&tab, tab_ptr, sizeof(tab));
FF_DYNARRAY_ADD(INT_MAX, sizeof(*tab), tab, *nb_ptr,
tab[*nb_ptr] = elem;
memcpy(tab_ptr, &tab, sizeof(tab));
,
*nb_ptr = 0;
av_freep(tab_ptr);
);
av_dynarray_add的实现类似上面提到的带p的函数的实现，传入的tab_ptr实际上是一个三级指针此时的(void**)*tabptr和tab指向通一块内存。
const char **pix_fmts = NULL;
av_dynarray_add(&pix_fmts, &nb_pix_fmts, (void *)pix_name);
而FF_DYNARRAY_ADD宏，比较难看懂，我们可以把该宏改写成函数的伪代码看下：
typedef (*function)();
void ff_dynarray_add_macro(int av_size_max, int av_elt_size, void **av_array, int av_size, function av_success, function av_failure)
do
size_t av_size_new = av_size;
//如果av_size是2的n次幂则返回0
if((av_size & (av_size - 1)) == 0)
av_size_new = av_size ? av_size << 1 : 1;
//判断是否超出最大容量
if(av_size_new > (av_size_max / av_elt_size))
av_size_new = 0;
else
void *av_array_new = av_realloc(av_array, av_size_new * av_elt_size);
if(av_array_new == NULL)
av_size_new = 0;
else
av_array = av_array_new;
if(av_size_new != 0)
av_sucess();
av_size++;
else
av_failture();
while(0);
改写后并不是标准的C语言，比如av_array以及av_size的修改不会生效，function仅仅是个占位符表示相关操作而已，把ff_dynarray_add_macro看成宏就可以。现在看的话其实FF_DYNARRAY_ADD就很简单，首先检查数组的元素数量是不是2的幂次方是的话则调用av_realloc重新分配2倍的内存，成功的话就调用sucess相关的操作这里是在末尾添加元素并更新大小，失败则调用fail相关操作，这里是释放内存。
int av_dynarray_add_nofree(void *tab_ptr, int *nb_ptr, void *elem)
void **tab;
memcpy(&tab, tab_ptr, sizeof(tab));
FF_DYNARRAY_ADD(INT_MAX, sizeof(*tab), tab, *nb_ptr,
tab[*nb_ptr] = elem;
memcpy(tab_ptr, &tab, sizeof(tab));
,
return AVERROR(ENOMEM);
);
return 0;
av_dynarray_add_nofree和av_dynarray_add唯一的区别就是失败不释放内存。
void *av_dynarray2_add(void **tab_ptr, int *nb_ptr, size_t elem_size,
const uint8_t *elem_data)
uint8_t *tab_elem_data = NULL;
FF_DYNARRAY_ADD(INT_MAX, elem_size, *tab_ptr, *nb_ptr,
tab_elem_data = (uint8_t *)*tab_ptr + (*nb_ptr) * elem_size;
if (elem_data)
memcpy(tab_elem_data, elem_data, elem_size);
else if (CONFIG_MEMORY_POISONING)
memset(tab_elem_data, FF_MEMORY_POISON, elem_size);
,
av_freep(tab_ptr);
*nb_ptr = 0;
);
return tab_elem_data;
以上是关于FFmpeg5.0源码阅读——内存分配和释放的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
FFmpeg5.0源码阅读——内存池AVBufferPool
FFmpeg5.0源码阅读之AVClass和AVOption
FFmpeg5.0源码阅读之AVClass和AVOption