簡介：走到今天，已經(jīng)開始涉及到計算機核心一點的東西了---內存管理。通過本實驗的學習，能夠較為深刻體會到“指針是c語言的靈魂”這句話的分量。自然對c語言的能力要求就高很多了。本文是基于原子老師的c源碼，自己的學習的心得，只是對源碼作出自己的學習理解，同時也插補了一些涉及到的c語言知識。貼出本文不為別的，一來但愿能有有緣人看到本文，提出指正；二來，為了那些不眠的夜，安慰一下自己。

1， 內存管理簡介

內存管理，是指軟件運行時對計算機內存資源的分配和使用的技術。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在適當?shù)臅r候釋放和回收內存資源。內存管理的實現(xiàn)方法有很多種，他們其實最終都是要實現(xiàn)2個函數(shù)：malloc和free；malloc函數(shù)用于內存申請，free函數(shù)用于內存釋放。

先回顧一下c語言知識：計算機內存一般分為靜態(tài)存儲區(qū)用以存儲全局變量或常量和動態(tài)存儲區(qū)用以存儲函數(shù)內部變量或形參或函數(shù)運算結果。malloc（）函數(shù)的作用是請求系統(tǒng)在內存的動態(tài)存儲區(qū)分配若干個字節(jié)的存儲空間，函數(shù)的返回值是首字節(jié)地址，可見malloc（）函數(shù)是指針類型。free（P）的作用是釋放指針變量P所指向的動態(tài)空間。

本章，我們介紹一種比較簡單的辦法來實現(xiàn)：分塊式內存管理。下面我們介紹一下該方法的實現(xiàn)原理，如圖所示(示意圖)：

內存塊1 內存塊2 內存塊3 ……內存塊n     內存池
   |       |       |          |
第1項   第2項   第3項   ……第n項       內存管理表
                       <<-----分配方向
                                 |
                        malloc,free等函數(shù)

圖解：從上圖可以看出，分塊式內存管理由內存池和內存管理表兩部分組成。內存池被等分為n塊，對應的內存管理表，大小也為n，內存管理表的每一個項對應內存池的一塊內存。

內存管理表的項值代表的意義為：當該項值為0的時候，代表對應的內存塊未被占用，當該項值非零的時候，代表該項對應的內存塊已經(jīng)被占用，其數(shù)值則代表被連續(xù)占用的內存塊數(shù)。比如某項值為10，那么說明包括本項對應的內存塊在內，總共分配了10個內存塊給外部的某個指針。

內寸分配方向如圖所示，是從頂à底的分配方向。即首先從最末端開始找空內存。當內存管理剛初始化的時候，內存表全部清零，表示沒有任何內存塊被占用。

分配原理：

當指針p調用malloc申請內存的時候，先判斷p要分配的內存塊數(shù)（m），然后從第n項開始，向下查找，直到找到m塊連續(xù)的空內存塊（即對應內存管理表項為0），然后將這m個內存管理表項的值都設置為m（標記被用），最后，把最后的這個空內存塊的地址返回指針p，完成一次分配。注意，如果當內存不夠的時候（找到最后也沒找到連續(xù)的m塊空閑內存），則返回NULL（空指針）給p，表示分配失敗。

釋放原理：

當p申請的內存用完，需要釋放的時候，調用free函數(shù)實現(xiàn)。free函數(shù)先判斷p指向的內存地址所對應的內存塊，然后找到對應的內存管理表項目，得到p所占用的內存塊數(shù)目m（內存管理表項目的值就是所分配內存塊的數(shù)目），將這m個內存管理表項目的值都清零，標記釋放，完成一次內存釋放。

關于分塊式內存管理的原理，我們就介紹到這里。

2， 硬件設計：

本章實驗功能簡介：開機后，顯示提示信息，等待外部輸入。KEY0用于申請內存，每次申請2K字節(jié)內存。KEY1用于寫數(shù)據(jù)到申請到的內存里面。KEY2用于釋放內存。WK_UP用于切換操作內存區(qū)（內部內存/外部內存）。DS0用于指示程序運行狀態(tài)。本章我們還可以通過USMART調試，測試內存管理函數(shù)。

本實驗用到的硬件資源有：

1） 指示燈DS0

2） 四個按鍵

3） 串口 //USMART

4） TFTLCD模塊

5） IS62WV51216

3， 軟件設計：

本章，我們將內存管理部分單獨做一個分組，在工程目錄下新建一個MALLOC的文件夾，然后新建malloc.c和malloc.h兩個文件，將他們保存在MALLOC文件夾下。

在MDK新建一個MALLOC的組，然后將malloc.c文件加入到該組，并將MALLOC文件夾添加到頭文件包含路徑。

打開malloc.c文件，輸入如下代碼：由于本實驗涉及到的c語言知識，尤其是指針知識較多，所以就邊用邊學

#include "malloc.h"

//內存池(4字節(jié)對齊)

__align(4) u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE];//內部SRAM內存池

/*

" u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE];"該數(shù)組是定義拿出內部內存池的40K的空間來做實驗，為什么該數(shù)組是u8類型？計算機內存是以字節(jié)為單位的存儲空間，內存中的每個字節(jié)都有唯一的編號，這個編號就叫地址。在這里就是定義40K個元素，每個元素代表一個字節(jié)。整個數(shù)組就代表整個內部SRAM內存池的總容量即40K個元字節(jié)的總空間容量。因為不管是存儲什么數(shù)據(jù)類型內存中的地址編號都是32位的，即每個地址編號可以容納4個字節(jié)，而不同的數(shù)據(jù)類型存儲在不同的內存存儲區(qū)，這就是為什么定義變量時一定要先聲明其數(shù)據(jù)類型的原因。存儲一個字符需要一個字節(jié)的存儲空間，存儲一個short類型需要2個字節(jié)的存儲空間，存儲一個int或float需要4個字節(jié)空間，就如同PLC內存中的字節(jié)，字，雙字的定義規(guī)則一樣（如字節(jié)MB0，MB1，MB0和MB1構成MW0;MW0和MW2構成32位的雙字DW0，DW4，DW8）?！癬_align(4)”就是規(guī)定4個字節(jié)對齊，即每個32的地址編號存儲一個數(shù)據(jù)類型？比如，字符存儲區(qū)中地址編號MB0可以存儲一個字節(jié)即8個位的數(shù)據(jù)，而存儲MB0這個地址編號是以32位的空間來存儲，也就是說不管是什么類型數(shù)據(jù)，存儲它的地址編號都是32的，所以指針值一定是32位的。

//“#define MEM1_MAX_SIZE40*1024 //最大管理內存 40K”,意思是mem1base[MEM1_MAX_SIZE]有40k個元素

*/

__align(4) u8 mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((at(0X68000000)));//外部SRAM內存池

//#define MEM2_MAX_SIZE 200*1024 //最大管理內存200K，意思是mem2base[MEM2_MAX_SIZE]數(shù)組有200K個u8類型元素，第一個元素的地址存儲在 //外部存儲器SRAM的0X68000000地址，

//內存管理表

u16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE];//內部SRAM內存池MAP

/*

//#define MEM1_ALLOC_TABLE_SIZEMEM1_MAX_SIZE/MEM1_BLOCK_SIZE //內存表大小,MEM1_MAX_SIZE/MEM1_BLOCK_SIZE==1250

//#define MEM1_BLOCK_SIZE32 //內存塊大小為32字節(jié)；“MEM1_MAX_SIZE/MEM1_BLOCK_SIZE ”的含義是內部SRAM內存池總共40K字節(jié)的容量除以32個字節(jié)，得到一共40K/32==1250個內存塊；也就是說將內部SRAM內存池劃為1250個內存塊。

“u16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE];”實際上就等于“u16 mem1mapbase[1250];”意思是定義一個有1250個內存塊（元素）的數(shù)組，每個元素是u16類型數(shù)據(jù)；數(shù)組名“mem1mapbase”就是mem1mapbase[0]（該數(shù)組的第一個元素它代表1250個內存塊中的第一個內存塊）的地址，也可以說是指針常量；結合與之關聯(lián)的結構體成員“u16 *memmap[2]={ mem1mapbase,mem2mapbase}”指針類型數(shù)組；在這里“mem2mapbase”是外部內存的第一個內存塊的地址，是個指針常量用以存放u16類型數(shù)據(jù)的地址值；結合

“mymemset(mallco_dev.memmap[0], 0,memtblsize[0]*2);”函數(shù)分析：結合本程序和結構體有關定義“u16 *memmap[2]; ”，首元素memmap[0]=mem1mapbase；也就是說“mallco_dev.memmap[0]”在這里表示1250個內部內存塊中第一個內存塊的地址，根據(jù)“u16 *memmap[2]={ mem1mapbase,mem2mapbase}”推斷出“mallco_dev.memmap[0]”是u16類型指針；

“memtblsize[0]”是什么意思呢？根據(jù)“const u32 memtblsize[2]={1250,6250};”可以得知memtblsize[0]==1250即內部內存一共有1250個管理項，

void mymemset(void *s,u8 c,u32 count)

{

u8 *xs = s;

while(count--)*xs++=c;

}//把u8類型數(shù)據(jù)c填充到以指針變量s為首地址的內存空間中，填充多少個數(shù)由count值決定

該函數(shù)的意思是把u8類型的數(shù)據(jù)“c”填充到u16類型指針元素memmap[0]中（根據(jù)結構體定義“u16 *memmap[2]; ”，而memmap[0]=mem1mapbase），說白了就是把u8類型的數(shù)據(jù)“c”填充到1250個內存塊中的count個內存塊中。

而mallco_dev.memmap[memx]是16位的，為了將其全部清零，所以乘以2.

本例中，用到了指針類型數(shù)組“u16 *memmap[2]={ mem1mapbase,mem2mapbase}”，為什么要定義指針類型數(shù)組呢？mem1mapbase是數(shù)組

“u16 mem1mapbase[1250];”的首個元素地址（即*mem1mapbase等價于mem1mapbase[0]），而mem1mapbase[0]就代表內部存儲器1250個存儲塊中的第一個存儲塊；根據(jù)結構體賦值定義可知：memmap[0]=mem1mapbase。所以mem1mapbase就是“mallco_dev.memmap[0]”，即mem1mapbase是函數(shù)mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2)的第一個形參，因為*mem1mapbase等價于mem1mapbase[0]），而mem1mapbase[0]就代表內部存儲器1250個存儲塊中的第一個存儲塊。結合

void mymemset(void *s,u8 c,u32 count)函數(shù)分析， mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2)函數(shù)的意思是：把0寫入到1250個存儲塊中的第一個存儲塊中；這樣就將一個存儲塊的值賦值為0了。

推斷出“mallco_dev.memmap[0]”是u16類型指針；

；

*/

u16 mem2mapbase[MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0X68000000+MEM2_MAX_SIZE)));

/*

“#define MEM2_ALLOC_TABLE_SIZEMEM2_MAX_SIZE/MEM2_BLOCK_SIZE”

“#define MEM2_BLOCK_SIZE32”

外部SRAM內存池MAP,同理，“MEM2_MAX_SIZE/MEM2_BLOCK_SIZE”的含義是外部SRAM內存池總共200K字節(jié)的容量除以32個字節(jié)，得到一共200K/32==6250個內存塊；也就是說將外部SRAM內存池劃為6250個內存塊。

*/

//內存管理參數(shù)

/*

內存管理表“MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE”分別是1250和6250個“項”.

每個內存分塊大小即內部和外部SRAM每個內存塊占有32個字節(jié)空間“MEM1_BLOCK_SIZE,MEM2_BLOCK_SIZE”分別是32個字節(jié)；

內存總大小“MEM1_MAX_SIZE,MEM2_MAX_SIZE”，分別是40K和200K個字節(jié)的總容量空間

mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2);

*/

const u32 memtblsize[2]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE};//內存管理表大小

const u32 memblksize[2]={MEM1_BLOCK_SIZE,MEM2_BLOCK_SIZE};//內存分塊大小

const u32 memsize[2]={MEM1_MAX_SIZE,MEM2_MAX_SIZE};//內存總大小

/*

struct _m_mallco_dev //內存管理控制器,定義一個結構體類型數(shù)據(jù)，或結構體變量，

{

void (*init)(u8);//初始化

u8 (*perused)(u8); //內存使用率

u8 *membase[2];//內存池 管理2個區(qū)域的內存 mem1base,mem2base內存池

u16 *memmap[2]; //內存管理狀態(tài)表 mem1mapbase(==1250塊),mem2mapbase(6250), //內存管理狀態(tài)表

u8 memrdy[2]; //內存管理是否就緒

};

1，結構體成員“void (*init)(u8);”是定義了一個指向函數(shù)的指針變量，該指針變量名是init；void表示該函數(shù)沒有返回值（函數(shù)的數(shù)據(jù)類型由返回值決定）；u8是函數(shù)的形參。指向函數(shù)的指針變量格式：數(shù)據(jù)類型 + （*變量名）（形參）

本例中：

void mem_init(u8 memx)

{

mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2);//內存狀態(tài)表數(shù)據(jù)清零 memx:所屬內存塊,即幾號內存塊

mymemset(mallco_dev.membase[memx], 0,memsize[memx]);//內存池所有數(shù)據(jù)清零

mallco_dev.memrdy[memx]=1;//內存管理初始化OK

}

也就是說，本例中用指向函數(shù)的指針變量來表示函數(shù)。c語言規(guī)定函數(shù)名就是函數(shù)的入口地址，也就是說函數(shù)名也是一個指針，指向函數(shù)的入口，根據(jù)這個原理，可以將指向函數(shù)的指針作為函數(shù)的參數(shù)調用，可以在不同的情況調用不同的函數(shù)；如果一個指向函數(shù)的指針變量等于函數(shù)名就可以說該指向函數(shù)的指針變量指向了該函數(shù)，那么指針變量與函數(shù)就是一樣的了。比如：“mem_init(memx);”就等同于“mallco_dev.init（memx）；”

2，指針類型數(shù)組“u8 *membase[2];”，意思是該指針類型數(shù)組有兩個“char *”類型的指針元素或者說有兩個“u8 *”類型指針元素；為什么要定義“u8 *”類型呢？因為內存存儲區(qū)是根據(jù)數(shù)據(jù)類型來劃分的，如果不明確聲明類型就亂套了。

在C語言和C++語言中，數(shù)組元素全為指針的數(shù)組稱為指針數(shù)組。一維指針數(shù)組的定義形式為：“類型名 *數(shù)組標識符[數(shù)組長度]”。

例如，一個一維指針數(shù)組的定義：int *ptr_array[10]。該指針數(shù)組有10個元素，每個元素都是int類型的指針即“int *”類型；

指針類型數(shù)組“u8 *membase[2];”的賦值是mem1base,mem2base,“mem1base,mem2base”分別是內部內存池和外部內存池的數(shù)組名，是指針常量即首元素的地址；因為事先已經(jīng)定義“u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE]”即“u8 mem1base[40K];”。

*/

//內存管理控制器，結構體變量賦值，即初始化

struct _m_mallco_dev mallco_dev=

{

mem_init,//內存初始化，將函數(shù)名“mem_init”賦給結構體成員“void (*init)(u8);”即指向函數(shù)的指針變量，

mem_perused,//內存使用率

mem1base,mem2base,//內存池

mem1mapbase,mem2mapbase, //內存管理狀態(tài)表，mem1mapbase（1250項）,mem2mapbase（6250項）

0,0, //內存管理未就緒

};

/*

1，“void *des”無類型指針，不能指向具體的數(shù)據(jù)，“void *des”無類型指針指向內存中的數(shù)據(jù)類型由用戶自己確定,如malloc()函數(shù)的返回值就是“void *des”無類型指針，因為malloc()函數(shù)的返回值是不確定的是根據(jù)形參的數(shù)據(jù)類型確定的

2，“void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n) ”函數(shù)的理解：

des是指針，但是不確定指向什么類型的數(shù)據(jù)，換句話說des指針存儲的什么類型數(shù)據(jù)不確定，“u8 *xdes=des;”將des指針存儲的數(shù)據(jù)

存儲到一個新的“u8 *”類型指針xdes中；“u8 *xsrc=src;”同理。

“*xdes++=*xsrc++; ”，當*xsrc++（自增）時，即指針“src”指針自增，也就是說把“src”指針逐位復制到des目標指針去了。復制個數(shù)就是n。

3，“*P”的意義：a），“*P”就是以指針變量P的內容（P的內容就是指針變量P里存儲的某一類型數(shù)據(jù)的指針值）為地址的變量；b），指針運算符“*”如果是在定義變量時候加在前面，意思是這個變量是指針變量,如 char *a;如果是在訪問指針變量的時候加在前面（如*a），意思是取指針變量指向的值，如 char b=*a; 上面定義了a是一個字符指針，這里就是把指針變量a指向的值取出來并賦給b。

*/

//復制內存，作用是將源地址的內容復制到目標地址

//*des:目的地址

//*src:源地址

//n:需要復制的內存長度(字節(jié)為單位)

void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n)

{ //“void *des”無類型指針，不能指向具體的數(shù)據(jù)，“void *des”無類型指針指向內存中的數(shù)據(jù)類型由用戶自己確定

u8 *xdes=des;//目標地址，“*xdes”轉換成u8類型，也可以理解為把目的地地址des存儲到xdes指針中

u8 *xsrc=src;

while(n--)*xdes++=*xsrc++;

}

//設置內存

//*s:內存首地址

//c :要設置的值

//count:需要設置的內存大小(字節(jié)為單位)

void mymemset(void *s,u8 c,u32 count)

{

u8 *xs = s;

while(count--)*xs++=c;

}//以*s為內存首地址的count個字節(jié)中，填充c，即把c寫入到*s為首地址的內存中，個數(shù)多少由count值決定

//內存管理初始化

//memx:所屬內存塊，要么SRAMEX==1（外部內存）；要么SRAMIN（內部內存）==0

/*

const u32 memtblsize[2]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE};//內存管理表大小

const u32 memblksize[2]={MEM1_BLOCK_SIZE,MEM2_BLOCK_SIZE};//內存分塊大小

const u32 memsize[2]={MEM1_MAX_SIZE,MEM2_MAX_SIZE};//內存總大小

*/

void mem_init(u8 memx) //如“mem_init(SRAMIN);”表示內部內存塊

{ //memmap，是16位的，mymemset，設置是針對8位的，那么1個16位的數(shù)據(jù)是不是2個8位組成的??？！

mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2);//內存狀態(tài)表數(shù)據(jù)清零

//把u8類型的數(shù)據(jù)“0”填充到u16類型指針元素memmap[0]中（根據(jù)結構體定義“u16 *memmap[2]; ”），memmap[0]=mem1mapbase==1250，

//也就是說“mallco_dev.memmap[memx]”在這里表示1250個內部內存塊用以存儲u16類型指針，

//“memtblsize[memx]”是什么呢？memtblsize[memx]即memtblsize[0]==1250個內部內存管理表,

//而mallco_dev.memmap[memx]是16位的，為了將其全部清零，所以乘以2.

mymemset(mallco_dev.membase[memx], 0,memsize[memx]);//內存池所有數(shù)據(jù)清零

//memsize[0]==40K字節(jié)空間，mallco_dev.membase[memx]==40K字節(jié)空間，

mallco_dev.memrdy[memx]=1;//內存管理初始化OK

}

/*

*/

//獲取內存使用率

//memx:所屬內存塊，要么SRAMEX==1（外部內存）；要么SRAMIN（內部內存）==0

//返回值:使用率(0~100)

u8 mem_perused(u8 memx)

{

u32 used=0;

u32 i;

for(i=0;i{

if(mallco_dev.memmap[memx][i])used++;

} //mallco_dev.memmap[memx][i]是二維數(shù)組。當內存塊初始化后該值為0，

return (used*100)/(memtblsize[memx]); //used*100，乘以100是將小數(shù)變成整數(shù)

}

//內存分配(內部調用)

//memx:所屬內存塊

//size:要分配的內存大小(字節(jié)數(shù))

//返回值:0XFFFFFFFF,代表錯誤;其他,內存偏移地址

//向memx存儲器申請size個字節(jié)的連續(xù)存儲空間，并將size個字節(jié)中首個字節(jié)的地址偏移值標注出來，注意是地址偏移值而不是地址。

u32 mem_malloc(u8 memx,u32 size)

{

signed long offset=0;

u16 nmemb;//需要的內存塊數(shù)

u16 cmemb=0;//連續(xù)空內存塊數(shù)

u32 i;

if(!mallco_dev.memrdy[memx])mallco_dev.init(memx);//未初始化,先執(zhí)行初始化

/*

“mallco_dev.init(memx);”是什么意思？mallco_dev.init(memx)是結構體變量mallco_dev的一個成員，本句中就是對結構體成員的引用，即執(zhí)行