Keil C動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理機(jī)制分析及改進(jìn)

　　1 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、變量及說(shuō)明

　　在Keil C安裝目錄下的＼c5l＼lib目錄下，有實(shí)現(xiàn)init_mempool、mallloe和free這3個(gè)函數(shù)的C源文件init_mere．c、malloc．e和free．c。下面針對(duì)keil C7．5A版，將其中與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)介紹如下：

　　該結(jié)構(gòu)的next指向堆中的下一空閑內(nèi)存塊，len表示該空閑塊除去該塊首部的struct__mem__結(jié)構(gòu)所占的字節(jié)數(shù)后，該塊實(shí)際可用的字節(jié)數(shù)。由于next是一個(gè)指向XDATA區(qū)的指針，故在Keil C中應(yīng)用程序所定義的堆空間應(yīng)在XDATA段中定義。

　　在Keil C中，堆中的所有空閑內(nèi)存塊是用一個(gè)單鏈表來(lái)管理的，struct_mere_即為該鏈表結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，后面定義的宏AVAIL為該鏈表的首結(jié)點(diǎn)，為敘述方便，以下將該鏈表稱為AVAIL鏈表。

　　#define AVAIL(__meM_avaiL_[O])

　　全局?jǐn)?shù)組__meM_ avail_實(shí)際也是struct__mem__類型，__mem_avail__[O]的next指向堆中首塊空閑塊。如果堆中已無(wú)空閑內(nèi)存塊，則__mem_avail__[0]的next為NULL(0值)。為使程序代碼簡(jiǎn)潔，定義了宏AVAIL來(lái)代替__mem_avail__[O]。

　　2 init_mempool函數(shù)剖析

　　函數(shù)int_mempool(void_MALLOC_MEM_*pool，unsigned int size)失敗時(shí)將返回0，成功則返回一1，參數(shù)pool指向應(yīng)用程序定義的堆空間，參數(shù)size為堆空間的字節(jié)數(shù)。如果應(yīng)用程序提供的堆空間太小(size的值太小)，將失去實(shí)際意義，故函數(shù)將返回0表示失敗。當(dāng)size參數(shù)足夠大，則會(huì)初始化AVAIL(即_mem_avail__[O])，使其next域指向pool參數(shù)所指向的堆空間，len域?yàn)閜ool參數(shù)所指向的堆空間的總字節(jié)數(shù)size。其在KeilC 7．5A庫(kù)中init_mem．C的源代碼如下：

　　在成功執(zhí)行init_mempool函數(shù)后，將得到如圖1所示的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，鏈?zhǔn)捉Y(jié)點(diǎn)AVAIL的len域記錄了整個(gè)堆的字節(jié)數(shù)。鏈?zhǔn)譇VAIL結(jié)點(diǎn)的next域指向的是首塊空閑塊，當(dāng)經(jīng)過(guò)多次的malloe函數(shù)而堆中投有空閑內(nèi)存塊時(shí)，AVAIL結(jié)點(diǎn)的next域?qū)镹ULL值。

　　很明顯，從上面的if(pool==NULL){pool=1；size--；)這部分源代碼來(lái)看，如果應(yīng)用程序中pool參數(shù)為空指針(pool為0)

　　部分程序員在調(diào)用init_mempool函數(shù)時(shí)，習(xí)慣將pool參數(shù)設(shè)為一個(gè)形如0xAAAA數(shù)字表示的絕對(duì)地址，如果不加特別防范，也是不妥的，因?yàn)镵eil C可能會(huì)在此方式指定的堆空間中分配臨時(shí)變量。好的習(xí)慣是定義一個(gè)字節(jié)數(shù)組作為堆空間，再將數(shù)組名作為pool參數(shù)調(diào)用init_mempool函數(shù)。

　　在Keil C的聯(lián)機(jī)文檔中，指明了init_mempool在應(yīng)用程序中只能被調(diào)用一次，那么，如果多次調(diào)用該函數(shù)又會(huì)有什么后果呢?從該函數(shù)的源代碼來(lái)分析，多次調(diào)用init_mempoo1函數(shù)，會(huì)導(dǎo)致重新初始化首結(jié)點(diǎn)AVAIL的next域和len域的值，將使AVAIL鏈表中的原有管理信息丟失，從而導(dǎo)致一些很難診斷的問(wèn)題。

　　對(duì)此問(wèn)題，可采用如下保護(hù)措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)AVAIL鏈表中已有管理信息時(shí)，則返回失敗標(biāo)志，函數(shù)直接返回。具體的方法是檢查AVAIL結(jié)點(diǎn)的len域，由于其被初始化為零，如果發(fā)現(xiàn)其值非零，則表明init_mempool函數(shù)已被成功調(diào)用過(guò)，此時(shí)函數(shù)直接返回。

　Keil C是常用的嵌入式系統(tǒng)編程工具，它通過(guò)init_mempool、mallloe、free等函數(shù)，提供了動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理等功能。本文通過(guò)對(duì)init_mempool、mallloe和free這3個(gè)KeilC庫(kù)函數(shù)源代碼的分析，揭示其實(shí)現(xiàn)的原理和方法，并對(duì)其中的不足作了改進(jìn)，以使Keil C編程人員更好地應(yīng)用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理。

　　1 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、變量及說(shuō)明

　　在Keil C安裝目錄下的＼c5l＼lib目錄下，有實(shí)現(xiàn)init_mempool、mallloe和free這3個(gè)函數(shù)的C源文件init_mere．c、malloc．e和free．c。下面針對(duì)keil C7．5A版，將其中與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)介紹如下：

　　該結(jié)構(gòu)的next指向堆中的下一空閑內(nèi)存塊，len表示該空閑塊除去該塊首部的struct__mem__結(jié)構(gòu)所占的字節(jié)數(shù)后，該塊實(shí)際可用的字節(jié)數(shù)。由于next是一個(gè)指向XDATA區(qū)的指針，故在Keil C中應(yīng)用程序所定義的堆空間應(yīng)在XDATA段中定義。

　　在Keil C中，堆中的所有空閑內(nèi)存塊是用一個(gè)單鏈表來(lái)管理的，struct_mere_即為該鏈表結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，后面定義的宏AVAIL為該鏈表的首結(jié)點(diǎn)，為敘述方便，以下將該鏈表稱為AVAIL鏈表。

　　#define AVAIL(__meM_avaiL_[O])

　　全局?jǐn)?shù)組__meM_ avail_實(shí)際也是struct__mem__類型，__mem_avail__[O]的next指向堆中首塊空閑塊。如果堆中已無(wú)空閑內(nèi)存塊，則__mem_avail__[0]的next為NULL(0值)。為使程序代碼簡(jiǎn)潔，定義了宏AVAIL來(lái)代替__mem_avail__[O]。

　　2 init_mempool函數(shù)剖析

　　函數(shù)int_mempool(void_MALLOC_MEM_*pool，unsigned int size)失敗時(shí)將返回0，成功則返回一1，參數(shù)pool指向應(yīng)用程序定義的堆空間，參數(shù)size為堆空間的字節(jié)數(shù)。如果應(yīng)用程序提供的堆空間太小(size的值太小)，將失去實(shí)際意義，故函數(shù)將返回0表示失敗。當(dāng)size參數(shù)足夠大，則會(huì)初始化AVAIL(即_mem_avail__[O])，使其next域指向pool參數(shù)所指向的堆空間，len域?yàn)閜ool參數(shù)所指向的堆空間的總字節(jié)數(shù)size。其在KeilC 7．5A庫(kù)中init_mem．C的源代碼如下：

　　在成功執(zhí)行init_mempool函數(shù)后，將得到如圖1所示的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，鏈?zhǔn)捉Y(jié)點(diǎn)AVAIL的len域記錄了整個(gè)堆的字節(jié)數(shù)。鏈?zhǔn)譇VAIL結(jié)點(diǎn)的next域指向的是首塊空閑塊，當(dāng)經(jīng)過(guò)多次的malloe函數(shù)而堆中投有空閑內(nèi)存塊時(shí)，AVAIL結(jié)點(diǎn)的next域?qū)镹ULL值。

　　很明顯，從上面的if(pool==NULL){pool=1；size--；)這部分源代碼來(lái)看，如果應(yīng)用程序中pool參數(shù)為空指針(pool為0)

　　部分程序員在調(diào)用init_mempool函數(shù)時(shí)，習(xí)慣將pool參數(shù)設(shè)為一個(gè)形如0xAAAA數(shù)字表示的絕對(duì)地址，如果不加特別防范，也是不妥的，因?yàn)镵eil C可能會(huì)在此方式指定的堆空間中分配臨時(shí)變量。好的習(xí)慣是定義一個(gè)字節(jié)數(shù)組作為堆空間，再將數(shù)組名作為pool參數(shù)調(diào)用init_mempool函數(shù)。

　　在Keil C的聯(lián)機(jī)文檔中，指明了init_mempool在應(yīng)用程序中只能被調(diào)用一次，那么，如果多次調(diào)用該函數(shù)又會(huì)有什么后果呢?從該函數(shù)的源代碼來(lái)分析，多次調(diào)用init_mempoo1函數(shù)，會(huì)導(dǎo)致重新初始化首結(jié)點(diǎn)AVAIL的next域和len域的值，將使AVAIL鏈表中的原有管理信息丟失，從而導(dǎo)致一些很難診斷的問(wèn)題。

　　對(duì)此問(wèn)題，可采用如下保護(hù)措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)AVAIL鏈表中已有管理信息時(shí)，則返回失敗標(biāo)志，函數(shù)直接返回。具體的方法是檢查AVAIL結(jié)點(diǎn)的len域，由于其被初始化為零，如果發(fā)現(xiàn)其值非零，則表明init_mempool函數(shù)已被成功調(diào)用過(guò)，此時(shí)函數(shù)直接返回。