Keil C動態(tài)內(nèi)存管理機制分析及改進
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1 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、變量及說明
在Keil C安裝目錄下的＼c5l＼lib目錄下，有實現(xiàn)init_mempool、mallloe和free這3個函數(shù)的C源文件init_mere．c、malloc．e和free．c。下面針對keil C7．5A版，將其中與動態(tài)存儲管理相關(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，該塊實際可用的字節(jié)數(shù)。由于next是一個指向XDATA區(qū)的指針，故在Keil C中應用程序所定義的堆空間應在XDATA段中定義。
在Keil C中，堆中的所有空閑內(nèi)存塊是用一個單鏈表來管理的，struct_mere_即為該鏈表結(jié)點的結(jié)構(gòu)，后面定義的宏AVAIL為該鏈表的首結(jié)點，為敘述方便，以下將該鏈表稱為AVAIL鏈表。
#define AVAIL(__meM_avaiL_[O])
全局數(shù)組__meM_ avail_實際也是struct__mem__類型，__mem_avail__[O]的next指向堆中首塊空閑塊。如果堆中已無空閑內(nèi)存塊，則__mem_avail__[0]的next為NULL(0值)。為使程序代碼簡潔，定義了宏AVAIL來代替__mem_avail__[O]。
2 init_mempool函數(shù)剖析
函數(shù)int_mempool(void_MALLOC_MEM_*pool，unsigned int size)失敗時將返回0，成功則返回一1，參數(shù)pool指向應用程序定義的堆空間，參數(shù)size為堆空間的字節(jié)數(shù)。如果應用程序提供的堆空間太小(size的值太小)，將失去實際意義，故函數(shù)將返回0表示失敗。當size參數(shù)足夠大，則會初始化AVAIL(即_mem_avail__[O])，使其next域指向pool參數(shù)所指向的堆空間，len域為pool參數(shù)所指向的堆空間的總字節(jié)數(shù)size。其在KeilC 7．5A庫中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所示的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，鏈首結(jié)點AVAIL的len域記錄了整個堆的字節(jié)數(shù)。鏈首AVAIL結(jié)點的next域指向的是首塊空閑塊，當經(jīng)過多次的malloe函數(shù)而堆中投有空閑內(nèi)存塊時，AVAIL結(jié)點的next域?qū)镹ULL值。
很明顯，從上面的if(pool==NULL){pool=1；size--；)這部分源代碼來看，如果應用程序中pool參數(shù)為空指針(pool為0)
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部分程序員在調(diào)用init_mempool函數(shù)時，習慣將pool參數(shù)設為一個形如0xAAAA數(shù)字表示的絕對地址，如果不加特別防范，也是不妥的，因為Keil C可能會在此方式指定的堆空間中分配臨時變量。好的習慣是定義一個字節(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)機文檔中，指明了init_mempool在應用程序中只能被調(diào)用一次，那么，如果多次調(diào)用該函數(shù)又會有什么后果呢?從該函數(shù)的源代碼來分析，多次調(diào)用init_mempoo1函數(shù)，會導致重新初始化首結(jié)點AVAIL的next域和len域的值，將使AVAIL鏈表中的原有管理信息丟失，從而導致一些很難診斷的問題。
對此問題，可采用如下保護措施。當發(fā)現(xiàn)AVAIL鏈表中已有管理信息時，則返回失敗標志，函數(shù)直接返回。具體的方法是檢查AVAIL結(jié)點的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，此時函數(shù)直接返回。
Keil C是常用的嵌入式系統(tǒng)編程工具，它通過init_mempool、mallloe、free等函數(shù)，提供了動態(tài)存儲管理等功能。本文通過對init_mempool、mallloe和free這3個KeilC庫函數(shù)源代碼的分析，揭示其實現(xiàn)的原理和方法，并對其中的不足作了改進，以使Keil C編程人員更好地應用動態(tài)存儲管理。
1 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、變量及說明
在Keil C安裝目錄下的＼c5l＼lib目錄下，有實現(xiàn)init_mempool、mallloe和free這3個函數(shù)的C源文件init_mere．c、malloc．e和free．c。下面針對keil C7．5A版，將其中與動態(tài)存儲管理相關(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，該塊實際可用的字節(jié)數(shù)。由于next是一個指向XDATA區(qū)的指針，故在Keil C中應用程序所定義的堆空間應在XDATA段中定義。
在Keil C中，堆中的所有空閑內(nèi)存塊是用一個單鏈表來管理的，struct_mere_即為該鏈表結(jié)點的結(jié)構(gòu)，后面定義的宏AVAIL為該鏈表的首結(jié)點，為敘述方便，以下將該鏈表稱為AVAIL鏈表。
#define AVAIL(__meM_avaiL_[O])
全局數(shù)組__meM_ avail_實際也是struct__mem__類型，__mem_avail__[O]的next指向堆中首塊空閑塊。如果堆中已無空閑內(nèi)存塊，則__mem_avail__[0]的next為NULL(0值)。為使程序代碼簡潔，定義了宏AVAIL來代替__mem_avail__[O]。
2 init_mempool函數(shù)剖析
函數(shù)int_mempool(void_MALLOC_MEM_*pool，unsigned int size)失敗時將返回0，成功則返回一1，參數(shù)pool指向應用程序定義的堆空間，參數(shù)size為堆空間的字節(jié)數(shù)。如果應用程序提供的堆空間太小(size的值太小)，將失去實際意義，故函數(shù)將返回0表示失敗。當size參數(shù)足夠大，則會初始化AVAIL(即_mem_avail__[O])，使其next域指向pool參數(shù)所指向的堆空間，len域為pool參數(shù)所指向的堆空間的總字節(jié)數(shù)size。其在KeilC 7．5A庫中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所示的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，鏈首結(jié)點AVAIL的len域記錄了整個堆的字節(jié)數(shù)。鏈首AVAIL結(jié)點的next域指向的是首塊空閑塊，當經(jīng)過多次的malloe函數(shù)而堆中投有空閑內(nèi)存塊時，AVAIL結(jié)點的next域?qū)镹ULL值。
很明顯，從上面的if(pool==NULL){pool=1；size--；)這部分源代碼來看，如果應用程序中pool參數(shù)為空指針(pool為0)
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部分程序員在調(diào)用init_mempool函數(shù)時，習慣將pool參數(shù)設為一個形如0xAAAA數(shù)字表示的絕對地址，如果不加特別防范，也是不妥的，因為Keil C可能會在此方式指定的堆空間中分配臨時變量。好的習慣是定義一個字節(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)機文檔中，指明了init_mempool在應用程序中只能被調(diào)用一次，那么，如果多次調(diào)用該函數(shù)又會有什么后果呢?從該函數(shù)的源代碼來分析，多次調(diào)用init_mempoo1函數(shù)，會導致重新初始化首結(jié)點AVAIL的next域和len域的值，將使AVAIL鏈表中的原有管理信息丟失，從而導致一些很難診斷的問題。
對此問題，可采用如下保護措施。當發(fā)現(xiàn)AVAIL鏈表中已有管理信息時，則返回失敗標志，函數(shù)直接返回。具體的方法是檢查AVAIL結(jié)點的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，此時函數(shù)直接返回。
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