Question

我在free（）实现中花了几个小时处理一个特定条件。我搜索了网络和stackoverflow，看看是否有其他人讨论过这个，但我没有找到。我理解第187页及其中描述的3种功能背后的一般概念。第二版188（ANSI）。我是一名专业人士，大多数代码对我来说都很有意义，但是当我弄清楚所有3个函数如何在第一次调用时工作（换句话说，* freep初始化为某些东西）时，我感到难过。

以下是我从代码中得出的步骤：步骤1.有两个全局变量定义如下

typedef long Align;
union header { /* block header */
      struct {
      union header *ptr; /* next block if on free list */
      unsigned size; /* size of this block */
      } s;
      Align x; /* force alignment of blocks */
};
typedef union header Header;

   static Header base; /* empty list to get started */
   static Header *freep = NULL; /* start of free list */

第2步：首先通过malloc（）函数，因为第一次，当用户调用malloc（）时，上面给出的2个全局变量将不包含任何可用数据。我在本节下面的书中附上了malloc（）的代码。我理解＆＃39; nunits＆＃39;计算。如果freep == NULL，则freep＆amp; prevp被指向＆amp; base。因此，首次输入for循环，其中p == prevp-＆gt; s.ptr == base.s.ptr == freep == prevp ==＆amp; base（sic）。下一个if条件为false，因为base.s.size在第一次调用期间已设置为零。现在，下一个if条件（p == freep）为真，因为它们都指向＆＃39; base＆＃39;的地址。所以，此时我们调用morecore（），这将在下面的步骤3中描述。

/* malloc: general-purpose storage allocator */
void *malloc(unsigned nbytes)
{
    Header *p, *prevp;
    Header *morecore(unsigned);
    unsigned nunits;
    nunits = (nbytes+sizeof(Header)-1)/sizeof(header) + 1;
    if ((prevp = freep) == NULL) { /* no free list yet */
          base.s.ptr = freeptr = prevptr = &base;
          base.s.size = 0;
    }
    for (p = prevp->s.ptr; ; prevp = p, p = p->s.ptr) {
         if (p->s.size >= nunits) { /* big enough */
               if (p->s.size == nunits) /* exactly */
                     prevp->s.ptr = p->s.ptr;
               else { /* allocate tail end */
                     p->s.size -= nunits;
                     p += p->s.size;
                     p->s.size = nunits
               }
               freep = prevp;
               return (void *)(p+1);
          }
          if (p == freep) /* wrapped around free list */
               if ((p = morecore(nunits)) == NULL)
                      return NULL; /* none left */
    } // end of for loop
}

第3步：morecore（）

到目前为止，所有指针都指向＆amp; base（全局），我们输入morecore（），调用OS以获得可用的内存空间。 morecore（）然后将此内存的开头初始化为Header结构，如下所示：

   Header *up;
   up = the memory from OS
   up->s.size =  nu; (number of units, each of size = sizeof(Header))
   free( (void*) (up+1) );
   return freep;

在init之后，morecore（）使用指向下一个地址的参数（在初始Header结构之后）调用free（）。 morecore（）不会改变freep global，它仍然指向＆amp; base。

第4步：输入free（）。

我的问题是自由功能，所以我只给出下面的相关部分。

    void free( void* ap)
    {
         Header *bp, *p; // a pointer to base (ie. Header) and a temporary pointer p.
         bp = (Header *)ap - 1;  // point to block header
         for (p = freep;  !(bp > p && bp < p->s.ptr) ;  p = p->s.ptr)

              if ( p >= p->s.ptr && (bp > p || bp < p->s.ptr) )
                   break; // freed block at start or end of arena.

使用p == freep ==＆amp; base仍然输入for循环。在此之后我在条件方面遇到麻烦。 for循环条件将首先执行 - 将基本（全局）地址（p == freep ==＆amp; base still）与OS中新获得的空间的地址进行比较（注意 - 此地址通过free的参数得出）。在malloc中，我们将freep == p-＆gt; s.ptr初始化为＆amp; base。因此，此时p和p-> s.ptr都指向相同的地址。因此，for条件将为TRUE，因为bp不能同时为＆gt;和＆lt;相同的地址。注意否定，这使得循环条件为TRUE，我们输入if condition。

第5步：

if条件的第一部分是p> = p-> s.ptr。这是正确的，因为p == freep ==＆amp; base == p-＆gt; s.ptr（在malloc中设置）。 if条件的第二部分为TRUE，因为bp必须>或者＆lt;相同的地址（p == p-> s.ptr）。因此，我们打破for循环因为释放的块是竞技场的开始（或竞技场的结束，如果我们通过malloc维护的循环链接的免费记忆列表达到这一点）。

第6步：我的问题在这里

if(bp + bp->s.size == p->s.ptr) {          // join to upper nbr
     bp->s.size  += p->s.ptr->s.size;
     bp->s.ptr  =   p->s.ptr->s.ptr;  
}
else  bp->s.ptr = p->s.ptr;

继续...... for循环后的第一个if条件为假，因为新分配的内存空间不等于p-＆gt; s.ptr，这是＆＃39; base＆＃39;的地址。所以，执行else，并将新分配的标题设置为p-＆gt; s.ptr == freep-＆gt; s.ptr == freep ==＆amp; base !!!为什么将这个新指针设置为＆＃39; base＆＃39;的地址？全球？

我的第二个问题是为什么2级间接（上面第3行代码）设置bp-＆gt; s.ptr，以防条件满足？（我知道这是加入连续的块。）

STEP 7：加入较低的nbr（是书中的评论）

 if (p + p->s.size == bp) {
     p->s.size  += bp->s.size;
     p->s.ptr  =  bp->s.ptr;
 }
 else   p->s.ptr = bp;
 freep = p;

由于同样的原因，在第一次传递期间，下一个if条件也将为false，而else子句将p-＆gt; s.ptr == base.s.ptr == freep-＆gt; s.ptr设置为新分配的内存。那么，在我们第一次通过malloc / morecore / free序列时，下一个语句freep = p是多余的？在所有这些步骤结束时，freep仍然指向＆＃39; base＆＃39; ？没有变化？感觉就像我在逻辑上犯了一些错误。

关于ANSI标准C关于工会的说法的一点澄清。这可以追溯到我上面使用＆＃39; typedef＆＃39;的第一个代码snipet。我认为静态联合中的所有成员（比如静态Header基础）都被编译器初始化为零？如果我没有将它们声明为静态怎么办？在这种情况下struct s.header ptr会为NULL吗？

如果我在第7步的逻辑中犯了任何错误，请指出第一遍。我还要感谢，如果有人花时间写清楚（我已经完成的方式）free（）如何工作以及free（）中各种条件的伪代码。这个帖子对学生/新手非常有用。

感谢您的时间和解释。

Answer 1

为什么要将这个新指针设置为＆＃39; base＆＃39;的地址？全球？

在malloc实现的描述中，它说最后一个块有指向第一个块的指针。因为第一次调用函数你不会有任何块，所以这个块指向自身。

那么，在我们第一次执行malloc / morecore / free序列时，下一个语句freep = p是多余的？在所有这些步骤结束时，freep仍然指向＆＃39; base＆＃39; ？没有变化？感觉就像我在逻辑上犯了一些错误。

我相信，在第一次调用malloc时，你的推理中没有错误 freep = p = &base 。我想，通常这段代码非常棘手。在这个问题（Explain this implementation of malloc from the K&R book）中，您可以找到更多关于k＆amp; r malloc()实现的批评

但是对于你的情况，我认为名字free()让你感到困惑。因为函数free()实际上有两个目的：初始化全新的自由列表并显然释放以前分配的内存。另外＆＃34;代码完成＆＃34; S.Macconnell说，具有多种用途的功能并不是一个好主意。

所以在第一次通过中，实际上你不需要一些额外的任务（初始化free()的制度）。但是在free的下一次调用（实际释放先前分配的内存的状态）对于指向最后一块空闲列表内存以便合并内存非常有用。

关于ANSI标准C关于工会的说法的一点澄清。这可以追溯到我上面使用＆＃39; typedef＆＃39;的第一个代码snipet。我认为静态联合中的所有成员（比如静态Header基础）都被编译器初始化为零？

是的，引自c89 draft（3.5.7。初始化）：

如果未初始化具有静态存储持续时间的对象显式地，它被隐式初始化，好像每个成员都有算术类型被赋值为0，每个成员都有指针类型被赋予空指针常量。如果一个对象有自动存储持续时间未明确初始化，其值为不确定的。

如果我没有将它们声明为静态怎么办？在这种情况下struct s.header ptr会为NULL吗？

我相信这将是垃圾。

Kernighan＆amp; Ritchie malloc自由逻辑

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