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關(guān)于內存管理，以前我在PC機上研究系統內核時(shí)接觸過(guò)。那要求在把CPU設置為32位后統一給內存做影射，而我們今天要討論的內存管理比那是要簡(jiǎn)單多了。
    前兩天拿朋友的51單片機開(kāi)發(fā)板玩（用的Keil），突然萌發(fā)做個(gè)貪食蛇的想法，經(jīng)過(guò)考慮我打算用鏈表來(lái)做（當然，結果證明用鏈表做很不值得）可在快完工的時(shí)候我傻眼啦，蛇在吃了食物后整個(gè)屏幕都花啦（用的LCD12864的液晶屏）。本來(lái)蛇每吃一個(gè)食物其實(shí)就是動(dòng)態(tài)再開(kāi)辟一段蛇身。這樣看來(lái)顯然是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內存失敗，導致繪制蛇身函數在逐個(gè)查找鏈表的每個(gè)節點(diǎn)的時(shí)候有一環(huán)被破壞沒(méi)有連接到下一環(huán)。
    再追查下去，應該就是 malloc() 函數沒(méi)有發(fā)揮作用，可是很納悶 Keil 編譯器并沒(méi)有報告錯誤?，F在問(wèn)題找到了，可要解決這個(gè)問(wèn)題那就必須自己能構造一個(gè) malloc() 函數。后來(lái)我查看了 malloc() 函數，具體實(shí)現如下：
    
    struct __mem__
    {
         struct __mem__ _MALLOC_MEM_ *next;        /* single-linked list */
         unsigned int                len;                              /* length of following block */
    };

    typedef struct __mem__         __memt__;
    typedef __memt__ _MALLOC_MEM_ *__memp__;
    #define    HLEN    (sizeof(__memt__))
    extern __memt__ _MALLOC_MEM_ __mem_avail__ [];
    #define AVAIL    (__mem_avail__[0])
    #define MIN_BLOCK    (HLEN * 4)

    void _MALLOC_MEM_ *malloc (unsigned int size)
    {
        __memp__ q;             /* ptr to free block */
        __memp__ p;             /* q->next */
        unsigned int k;            /* space remaining in the allocated block */

        q = &AVAIL;
        while (1)
        {
            if ((p = q->next) == NULL)
            {
                return (NULL);        /* FAILURE */
            }
           if (p->len >= size)
               break;
           q = p;
       }
       k = p->len - size;        /* calc. remaining bytes in block */
       if (k < MIN_BLOCK)        /* rem. bytes too small for new block */
       {
           q->next = p->next;
           return (&p[1]);        /* SUCCESS */
       }
       k -= HLEN;
       p->len = k;
       q = (__memp__ ) (((char _MALLOC_MEM_ *) (&p [1])) + k);
       q->len = size;

       return (&q[1]);            /* SUCCESS */
    }

在這我們可以看到其實(shí)他就是利用一個(gè)鏈表在內存中去搜索一段連續的空閑內存，并把首地址傳回?？蔀槭裁此谖沂褂玫?1單片機開(kāi)發(fā)板上沒(méi)有發(fā)揮作用呢？經(jīng)過(guò)分析，我恍然大悟。大家試想一下如果讓你去分配一段內存，那么我們就必須有個(gè)紀錄哪些內存在使用哪些內存空閑的機制。拿TC或VC在PC機上實(shí)驗一下使用 malloc() 函數看看？它作用發(fā)揮良好，看來(lái)這個(gè)機制是由OS來(lái)完成的，而在我們那51單片機的裸機上有個(gè)毛的OS啊，也難怪 malloc() 函數不能成功的分配內存?，F在找到問(wèn)題的本質(zhì)，那我們就來(lái)自己構造 malloc() 函數。


    建立自己的數據類(lèi)型：
    文件名：MY_Type.h
    內容：
    /* 自定義類(lèi)型，方便書(shū)寫(xiě)與在不同平臺進(jìn)行移植 */
    typedef char            INT8;
    typedef int               INT16;
    long                         INT32;
    /*typedef float          F32;
    typedef double         F64;*/

        }
                            /* i, j 兩層for循環(huán)用于查找管理列表目前的空閑內存         */
        for (i = 0; i < MEM_LIST; i++)
        {
        Enter = 128;
        for (j = 0; j < 7; j++)
        {
            if ((Mem.list[i] & Enter) != Enter)    /* 查找管理列表，直至查早到空閑內存                */
            {
            for (k = (i<<3)+j; k < (i<<3)+j+Size; k++)
            {
                Set_bit(k, 1);            /* 從空閑內存首地址開(kāi)始按Size大小設置被使用的內存        */
            }
            return &Mem.mem[(i << 3) + j];    /* 內存開(kāi)辟成功，返回首地址                    */
               }   
            Enter >>= 1;
        }
        }

        return NULL;                    /* 內存開(kāi)辟失敗，返回空指針                    */
    }

此函數通過(guò)檢查管理列表，找到空閑內存的啟始地址，并把管理列表對應的位置1，并返回空閑內存啟始地址。


    釋放內存：

    void Free(UINT8 *Mem1, UINT8 Size);            /* 釋放開(kāi)辟的內存                        */
    void Free(UINT8 *Mem1, UINT8 Size)
    {
        UINT8 i;
      
                            /* Mem1 - &Mem.mem[0] 計算出Mem1指向的地址為Mem.mem的第幾元素    */
        for (i = (Mem1 - &Mem.mem[0]); i < (Mem1 - &Mem.mem[0] + Size); i++)
        {
        Set_bit(i, 0);                /* 從指定內存首地址開(kāi)始按Size大小設置被內存空閑            */ 
        }
    }

此函數可以“釋放”掉被開(kāi)辟的內存空間。當然，這個(gè)釋放不是真正意義上的釋放，只是把管理列表的相對應位設置為0，表示內存空閑。

    
    好了，到此這個(gè)內存管理技術(shù)全部介紹完畢。他全部也就四個(gè)函數，我們可以做個(gè)小實(shí)驗。

#include <stdio.h>
#include "MY_Mem.h"

int main()
{
    INT32 *i;
    UINT8 *j;

    Init_mem();                        /* 初始化內存管理機制                         */
    j = (UINT8 *)Malloc(sizeof(UINT8));
    i = (INT32 *)Malloc(sizeof(INT32));

    *j = 30;
    *i = 6789324;

    printf("%d %d\n", *j, j);                /* 打印j所指向地址存放的元素和j                    */
    printf("%d %d\n", Mem.mem[0], &Mem.mem[0]);        /* 打印Mem.mem[0]和Mem.mem[0]的地址                */

    printf("%ld %d\n", *i, i);                /* 打印i所指向地址存放的元素和i                    */
    printf("%d", &Mem.mem[1]);                /* 打印Mem.mem[1]的地址                        */
   
    Free(j, sizeof(UINT8));
    Free(i, sizeof(UINT8));
    
    getch();
}

你可以用TC或VC編譯，我用TC編譯的結果是：
30 1121
30 1121
6789324 1122
1122

用不同的編譯器結構可能有點(diǎn)不同，但 j = &Mem.mem[0], i = &Mem.mem[1];卻是絕對成立的，這說(shuō)明我們的內存管理機制起作用了，我們成功的實(shí)現內存的統一管理，并實(shí)現了動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內存。


    總結：
    以上闡述的思路，其實(shí)很簡(jiǎn)單。也許大家在看到這時(shí)就覺(jué)得這個(gè)很小兒科了。我也承認這的確很小兒科。說(shuō)到底，其實(shí)就是先開(kāi)辟好內存然后再來(lái)使用，但作為一個(gè)思路我希望對您有一定啟發(fā)和幫助，同時(shí)也希望和大家共同交流和探討。當然，任何事物和方法都有兩面性，這個(gè)內存管理也不列外。
    缺點(diǎn)：由于要開(kāi)辟一個(gè)列表來(lái)紀錄內存的使用狀態(tài)，所以增大了內存的開(kāi)銷(xiāo)，如上所示，40個(gè)字節的內存就需要5個(gè)字節的管理列表。
    優(yōu)點(diǎn)：這個(gè)方法簡(jiǎn)單方便，在單片機這樣的平臺上你想像在PC機上那樣花大力氣去做內存的影射嗎？而且那樣做內存的額外開(kāi)銷(xiāo)也不一定比此方法的少。并且是按字節大小以順序方式開(kāi)辟內存，不存在什么所謂的內存碎片。
    當然，大家在使用著(zhù)套方法的時(shí)候一定主要將Malloc()和Free()函數配套使用，并且要保證里面的Size參數一樣。當然你也可以進(jìn)一步改進(jìn)此方法，讓他使用的更合理更安全。