c - 实现池内存 API - 处理联合
问题描述
我想为一个数据结构实现一个 API,该结构预先为一定大小的多个对象分配内存,而不是每次都根据需要对每个对象使用“malloc”和“free”。
API 应包括以下三个功能:
pool* API_init(size_t sizeOfObj, int numOfObj)
接受两个参数,对象大小和我们希望存储的此类对象的数量,并返回指向池的指针 - 一种管理内存的数据结构。
void* API_malloc(Pool* pool)
接受池并返回用于新分配单个对象的指针。
void API_free(Pool* pool, void* obj)
接受两个参数,池和需要标记为未使用的地址。
方法 'API_malloc' 和 'API_free' 的复杂度时间要求是恒定的,池的内存复杂度应该是 'sizeOfObj' * 'numOfObj' + 常数。
为了处理片段,我想将一个池定义为大小为“sizeOfObj”字节的块的链表,其中还包含一个指向下一个未使用块的指针。为了节省内存空间,我决定用 UNION 定义块。
这是我的实现:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct Pool Pool;
typedef union Chunk Chunk;
union Chunk{
char* padding;
Chunk* next;
};
struct Pool{
Chunk* nextFreeChunk;
};
Pool* API_init(int sizeOfObj, int numOfObj){
Pool* res = (Pool*) malloc(sizeof(Pool));
Chunk* next;
Chunk* curr;
for(int i = numOfObj -1; i >= 0; i--){
curr = (Chunk*) malloc (sizeof(Chunk));
curr->padding = (char*) malloc(sizeOfObj);
if(i < numOfObj -1)
curr->next = next;
next = curr;
}
res->nextFreeChunk = curr;
return res;
}
void* API_malloc(Pool* pool){
void* res = pool->nextFreeChunk;
pool->nextFreeChunk = (pool->nextFreeChunk)->next;
return res;
}
void API_free(Pool* pool, void* obj){
Chunk* ch = (Chunk*) obj;
ch->next = pool->nextFreeChunk;
pool->nextFreeChunk = ch;
}
我的问题是,正如我所定义的,块不一定具有给定的“sizeOfObj”大小,并且 char 指针正在浪费内存(更多的是常量)。
我知道联合不能有一个灵活的字符数组作为成员,所以我不能在'API_init'中定义成员'char padding [sizeOfObj]'。
任何解决我的问题或新的实施方法的建议将不胜感激。
解决方案
你有一个问题,因为padding
和next
共享相同的内存(属于一个联合),当你分配给 时next
,任何数据padding
点都会丢失。
您的解决方案是让您的块成为您的数据,或者成为您的下一个空闲块的指针。所以对于每一个malloc()
,我们需要分配max(sizeof(union Chunk), sizeOfObj)
union Chunk{
char data[1]; /* `1` is a dummy value, the compiler doesn't actually really care
if we allocate and use more than 1 char */
union Chunk* next;
};
/* We return `struct Pool` by value to save a `malloc()` (c is not java)*/
struct Pool API_init(size_t sizeOfObj, size_t numOfObj){
union Chunk* prev = NULL;
size_t chunksize = max(sizeof (union Chunk), sizeOfObj);
/* counting upwards is easier than downwards */
for(size_t i = 0; i < numOfObj; i++){
/* We don't cast the return value from `malloc()`. This is c, not c++ */
curr = malloc(chunksize);
curr->next = prev;
prev = curr;
}
struct Pool res;
res.nextFreeChunk = curr;
return res;
}
您的API_malloc()
andAPI_free()
看起来不错,只是它们是用 c++ 而不是 c 编写的。用 c 编写时不要使用 c++ 语法。并使用 c 编译器,而不是 c++ 编译器。
您可以通过一次性分配整个池而不是使用多个来改进这一点malloc()
:
struct Pool{
char *buffer;
Chunk* nextFreeChunk;
};
struct Pool API_init(size_t sizeOfObj, size_t numOfObj){
size_t chunksize = max(sizeof (union Chunk), sizeOfObj);
/* Checking for overflow is left as an exercise for the reader */
size_t buffersize = numOfObj * chunksize;
char *buffer = malloc(buffersize);
for(size_t i = 0; i < numOfObj - 1; i++){
union Chunk *curr = (union Chunk *)(buffer + i * chunksize);
curr->next = (union Chunk *)(buffer + (i+1) * chunksize);
}
if (numOfObj)
{
union Chunk *last = (union Chunk *)(buffer + (numOfObj - 1) * chunksize);
last->next = NULL;
}
struct Pool res;
res.buffer = buffer;
res.nextFreeChunk = (union Chunk *)buffer;
return res;
}
自然地,为了简洁起见,任何错误检查和小错误修复都被忽略了
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