内存动态分配

Posted 2021-03-18 icode-wzc

在单片机中由于内存资源紧张，不可能给每个任务分配专有的内存区，尤其是涉及到通讯模块的程序，对内存的使用更是敏感。为此开发一个简单的内存管理库，对以后的开发还是有着不小的帮助的。

功能实现：内存动态分配、内存动态释放、内存碎片回收

 

heap.c

// 内存划分：申请的一块内存分为两部分，一部分用于存储链表结构体，另一部分给用户使用
// 内存管理：链表不存在头节点和尾节点，理论上在内存在可以存在无数个节点，通过空闲标志位来识别该内存块是否可用

#include "heap.h"

#define HEAP_TRUE   1
#define HEAP_FALSE   0

#pragma pack(push, 1)
typedef struct _sHeapList_t
{
　　unsigned int size; // 内存块大小
　　unsigned char isfree; // 空闲标志
　　unsigned char *penter; // 内存入口地址
　　struct _sHeapList_t *plast; // 指向上一个节点，头节点为NULL
　　struct _sHeapList_t *pnext; // 指向下一个节点，尾节点尾NULL
}sHeapList_t;
#pragma pack(pop)

// 申请一个内存块，作为基础内存
static unsigned char Heap[HEAP_TOTAL_SIZE];

// 内存申请(注：函数不可重入)
void *pmalloc(unsigned int size)
{
　　sHeapList_t *pnode = (sHeapList_t *)Heap;

　　// 内存管理模块未初始化时需要执行初始化(以第一个节点是否存在作为判断依据)
　　if(pnode->penter != (Heap + sizeof(sHeapList_t)))
　　{
 　　　　pnode->plast = NULL;
 　　　　pnode->pnext = NULL;
 　　　　pnode->isfree = HEAP_TRUE;
 　　　　pnode->penter = Heap + sizeof(sHeapList_t); // 入口地址向后偏移一个结构体的位置
 　　　　pnode->size = HEAP_TOTAL_SIZE - sizeof(sHeapList_t); // 剩余内存需要减去一个结构体大小的空间
　　}

　　if(size > 0)
　　{
　　　　// 搜索一个不小于指定大小的内存块
　　　　while(pnode != NULL)
　　　　{
　　　　　　if(pnode->isfree == HEAP_TRUE)
　　　　　　{

　　　　　　　　if(pnode->size >= size)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　break;
　　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　　　pnode = pnode->pnext;
　　　　}

　　　　// 找到了符合条件的内存块就进行分配，否则就直接返回NULL
　　　　if(pnode != NULL)
　　　　{
　　　　　　// 找到的内存块大于所需内存，就需要进行拆分，因为每个内存块都需要一个内存管理结构体，所以
　　　　　　// 如果拆分后另一个内存块大小大于一个结构体大小，则拆分出一个新的空闲内存块，并插入链表，
　　　　　　// 如果拆分后另一个内存块大小小于一个结构体大小，无法作为一个新内存块使用，那就不拆分。

　　　　　　if(pnode->size > (size + sizeof(sHeapList_t)))
　　　　　　{
　　　　　　　　unsigned char *start = pnode->penter + size;
　　　　　　　　sHeapList_t *newnode = (sHeapList_t *)start;

　　　　　　　　// 初始化新内存块
　　　　　　　　newnode->plast = pnode;
　　　　　　　　newnode->pnext = pnode->pnext;
　　　　　　　　newnode->isfree = HEAP_TRUE;
　　　　　　　　newnode->penter = start + sizeof(sHeapList_t);
　　　　　　　　newnode->size = pnode->size - (size + sizeof(sHeapList_t));

　　　　　　　　// 初始化用户申请的内存块
　　　　　　　　pnode->size = size;
　　　　　　　　pnode->pnext = newnode;
　　　　　　　　pnode->isfree = HEAP_FALSE;
　　　　　　}
　　　　　　else
　　　　　　{
　　　　　　　　// 找到无法拆分的内存块就直接给用户使用
　　　　　　　　pnode->isfree = HEAP_FALSE;
　　　　　　}

　　　　　　return pnode->penter; // 返回用户内存入口地址
　　　　}
　　}
　　return NULL;
}

// 内存释放
void pfree(void *p)
{
　　sHeapList_t *pnode = (sHeapList_t *)((unsigned char *)p - sizeof(sHeapList_t));

　　if(pnode == NULL)
　　{
　　　　return;
　　}

　　// 因为内存块都是按地址顺序排列在链表中的(空闲内存块和用户内存块在同一个链表),
　　// 因此释放时只需合并内存块就可以了

　　if(pnode->pnext != NULL)
　　{
　　　　// 当下一个节点存在时，且是空闲内存块
　　　　if(pnode->pnext->isfree == HEAP_TRUE)
　　　　{
　　　　　　// 当前节点和下一个节点相邻，可以合并
　　　　　　pnode->size += pnode->pnext->size + sizeof(sHeapList_t);
　　　　　　pnode->pnext = pnode->pnext->pnext;
　　　　}
　　}

　　if(pnode->plast != NULL)
　　{
　　　　// 当上一个节点存在时，且是空闲内存块
　　　　if(pnode->plast->isfree == HEAP_TRUE)
　　　　{
　　　　　　// 当前节点和上一个节点相邻，可以合并
　　　　　　pnode->plast->size += pnode->size + sizeof(sHeapList_t);
　　　　　　pnode->plast->pnext = pnode->pnext;
　　　　}
　　}

　　pnode->isfree = HEAP_TRUE; // 不管内存块是否合并成功，最后都要将内存块设置为空闲状态
}

 

heap.h

#ifndef __HEAP_H
#define __HEAP_H

// Define NULL pointer value
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif

// 模块功能：单片机内存动态管理，支持内存碎片回收

// 动态管理的内存大小，单位：字节
#define HEAP_TOTAL_SIZE (10 * 1024) // 10KB

// 内存申请(注：函数不可重入)
void *pmalloc(unsigned int size);

// 内存释放(带有内存碎片回收机制)
void pfree(void *p);

 

#endif