自定义 malloc() 中的无限循环

Question

我正在尝试在 C 中实现我自己的 malloc() 函数，但我遇到了这个问题。前两个分配的地址是正确的，但之后，它不会显示其他地址。我的意思是，它陷入了无限循环。但是，如果我删除条件&& ptr->size > BLK_SIZE，它似乎工作。那么，问题是，为什么这种情况会破坏代码？除了删除条件之外，如何通过其他方式解决？

这是我的代码...

/* Author : Singh*/

typedef struct block_header {
    unsigned int size : 29,
                 zero : 2,
                alloc : 1;
} block_header;

//macros
#define HEADER_BLK_SIZE sizeof(block_header) // 4 bytes header
#define ALIGNED_PAYLOAD_SIZE (((((size)-1)>>2)<<2)+4) //to align the payload
#define BLK_SIZE HEADER_BLK_SIZE + ALIGNED_PAYLOAD_SIZE //total size of a blk
#define HEAP_EXTEND_SIZE ((BLK_SIZE)*1024) //the total heap size

static void *base_heap = NULL; //base of the heap, starting point
static void *end_heap = NULL;
static block_header *freeblk = NULL;

void *mymalloc(size_t size) {
    size_t remainder_heap = (HEAP_EXTEND_SIZE) - (BLK_SIZE);

    // first time init the heap and allocate the first block
    if (!base_heap) {
        base_heap = sbrk(0);
        end_heap = sbrk(HEAP_EXTEND_SIZE);
        if (base_heap == (void*)-1 || end_heap == (void*)-1)
            return NULL;

        block_header *blk = (block_header*)base_heap;
        blk->size = BLK_SIZE;
        blk->zero = 2;
        blk->alloc = 1;

        freeblk = ((void*)(base_heap)) + BLK_SIZE;
        freeblk->size = remainder_heap;
        freeblk->zero = 2;
        freeblk->alloc = 0;

        return ((void*)blk) + HEADER_BLK_SIZE;
    } else
    if (size >= HEAP_EXTEND_SIZE) {
        return NULL;
    } else {
    //second time and the others
        block_header *ptr = (block_header*)base_heap;
        size_t i;
        i = 0;
        while (i < (HEAP_EXTEND_SIZE)) { //travel the heap
            if ((ptr->alloc) ==1 ) { //if it's allocate we go to the nxt block
                ptr = ((void*)ptr) + ((size_t)(ptr->size));
                i += ((size_t)(ptr->size));
            } else
            if ((ptr->alloc) == 0 && ptr->size > BLK_SIZE) { /*if it's free and
                                                              big enough */
                ptr->size = BLK_SIZE;
                ptr->zero = 2;
                ptr->alloc = 1;
                return ((void*)ptr) + (HEADER_BLK_SIZE);
            } else { //not big enough so we go to the next block
                ptr = ((void*)ptr) + ((size_t)(ptr->size));
                i += ((size_t)(ptr->size));
            }
        }
        return NULL; //if it does not wok
    }
}

//for testing my code
void main() {
    int *i =(int*)mymalloc(12);
    printf("pointeur i : %p\n", i);

    int *ii = (int*)mymalloc(16);
    printf("pointeur ii : %p\n", ii);

    int *iii = (int*)mymalloc(20);
    printf("pointeur iii : %p\n", iii);

    int *iiii = (int*)mymalloc(24);
    printf("pointeur iiii : %p\n", iiii);
}

Answer 1

你的代码有一个大问题：

#define ALIGNED_PAYLOAD_SIZE (((((size)-1)>>2)<<2)+4) //to align the payload
#define BLK_SIZE HEADER_BLK_SIZE + ALIGNED_PAYLOAD_SIZE //total size of a blk
#define HEAP_EXTEND_SIZE ((BLK_SIZE)*1024) //the total heap size

所有这些宏都引用了一些当前的size 变量。 size 是mymalloc 的参数名称，使所有这些标识符都不是常量。这可能不是你想要的......

例如，无辜的测试：

if(size >= HEAP_EXTEND_SIZE)

实际上扩展为

if(size >= ((HEADER_BLK_SIZE + (((((size)-1)>>2)<<2)+4))*1024))

这是假的，除非发生无符号算术溢出并且巧合地评估为真。

您必须先清理代码，然后才能有效地调试它。

Answer 2

在我看来，根本原因是你在分配一个块后忘记处理空闲块点。之所以需要处理freeblock点，是因为需要freeblock做一些判断。 以下是我的修改：

    else if((ptr->alloc)==0 && ptr->size > BLK_SIZE){ /*if it's free and
                                                        big enough */
        ptr->size = BLK_SIZE;
        ptr->zero = 2;
        ptr->alloc = 1;
        freeblk = ((void *)ptr) + (size_t)(ptr->size);
        freeblk->size = freeblk->size - ptr->size;
        freeblk->zero = 2;
        freeblk->alloc = 0;
        return ((void*)ptr) + (size_t)(ptr->size);
    }

测试后，我发现它有效。 enter code here[zzhen201@ ~] $ ./test 指针我：0x2097004 指针二：0x2097024 指针三：0x209703c 指针iii：0x2097058

但是，我没有添加更多测试来测试是否还有其他错误。 所以也许你需要做更多的工作来测试它。

Answer 3

如果我改变这部分：

  else{
      block_header* ptr = (block_header*) base_heap;
      size_t i;
      i = 0;
      while(i<(HEAP_EXTEND_SIZE)){ //travel the heap
        if((ptr->alloc)==1){ //if it's allocate we go to the nxt block
          ptr = ((void*)ptr) + ((size_t)(ptr->size));
          i += ((size_t)(ptr->size));
        }
        else if((ptr->alloc)==0 && ptr->size > BLK_SIZE){ /*if it's free and
                                                            big enough */
            ptr->size = BLK_SIZE;
            ptr->zero = 2;
            ptr->alloc = 1;
            return ((void*)ptr) + (HEADER_BLK_SIZE);
        }
        else{ //not big enough so we go to the next block
          ptr = ((void*)ptr) + ((size_t)(ptr->size));
          i += ((size_t)(ptr->size));
        }
      }
      return NULL; //if it does not wok
    }

通过这部分（它不再知道空闲块是否足够大）我认为它“有效”..

else{
      block_header* ptr = (block_header*) base_heap;
      size_t i;
      i = 0;
      while(i<(HEAP_EXTEND_SIZE)){
        if((ptr->alloc)==1){
          ptr = ((void*)ptr) + ((size_t)(ptr->size));
          i += ((size_t)(ptr->size));
        }
        else{
          ptr->size = BLK_SIZE;
          ptr->zero = 2;
          ptr->alloc = 1;
          return ((void*)ptr) + (HEADER_BLK_SIZE);
        }
      }
      return NULL;
    }
    return NULL;
  }