本次給大家分享一位大佬寫的應(yīng)用于單片機(jī)內(nèi)存管理模塊mem_malloc，這個(gè)mem_malloc的使用不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，可以高效利用單片機(jī)ram空間。

mem_malloc代碼倉庫：

?

https://github.com/chenqy2018/mem_malloc

?

mem_malloc介紹

一般單片機(jī)的內(nèi)存都比較小，而且沒有MMU，malloc 與free的使用容易造成內(nèi)存碎片。而且可能因?yàn)榭臻g不足而分配失敗，從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，因此應(yīng)該慎用，或者自己實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理。

mem_malloc就是一個(gè)不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片的、適合單片機(jī)使用的內(nèi)存管理模塊。其與使用malloc的區(qū)別如：

「算法原理：」

定義一個(gè)數(shù)組作為動(dòng)態(tài)分配的堆空間，低地址空間保存管理數(shù)據(jù)，高地址空間實(shí)際分配給用戶的緩存(類似堆棧使用，分配是往中間靠攏)，free時(shí)移動(dòng)高地址用戶空間(以時(shí)間換空間)，使得未使用的空間都是連續(xù)的。

mem_malloc測試驗(yàn)證

下面以小熊派IOT開發(fā)板來做實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程很簡單。準(zhǔn)備一份開發(fā)板帶串口打印的工程，下載mem_malloc，把mem_malloc.c、mem_malloc.h復(fù)制到工程目錄下，并添加到工程里：

然后進(jìn)行編譯，編譯過程可能會(huì)報(bào)錯(cuò)：

..Srcmem_malloc.c(119):?error:??#852:?expression?must?be?a?pointer?to?a?complete?object?type

這份代碼在不同編譯器下編譯情況不同。gcc下編譯不會(huì)報(bào)錯(cuò)，在keil下編譯報(bào)如上錯(cuò)誤。

keil編譯器更嚴(yán)格些。報(bào)錯(cuò)原因是對mem_block結(jié)構(gòu)體的mem_ptr成員進(jìn)行操作，而mem_ptr成員的類型是void*，而mem_ptr成員參與運(yùn)算時(shí)的增、減偏移量取決于mem_ptr的類型，所以這里我們需要指定類型。

我們把相關(guān)報(bào)錯(cuò)代碼修改如：

再次編譯就正常了。

下面簡單看一下mem_malloc的代碼。

「mem_malloc.h：」

#ifndef?__MEM_MALLOC_H__
#define?__MEM_MALLOC_H__

#ifdef?__cplusplus
extern?"C"?{
#endif

#include??
#include?
#include?
#include?
#include?

#pragma?pack(1)
typedef?struct?mem_block
{?
????void???*mem_ptr;??
????unsigned?int?mem_size;?
????unsigned?int?mem_index;????
}mem_block;
#pragma?pack()

#define?MEM_SIZE????????128


void?print_mem_info(void);
void?print_hex(char?*data,?int?len);
void?print_mem_hex(int?size);
int?mem_malloc(unsigned?int?msize);
int?mem_realloc(int?id,?unsigned?int?msize);
void?*mem_buffer(int?id);
int?mem_free(int?id);


#ifdef?__cplusplus
}
#endif

#endif

「mem_malloc.c：」

暫不貼出，感興趣的小伙伴可以在上面的倉庫地址自行下載閱讀。在本公眾號后臺(tái)回復(fù)：mem_malloc，進(jìn)行獲取。

下面對mem_malloc進(jìn)行測試驗(yàn)證。

測試代碼作者也有給出，這里我們簡單測試即可，進(jìn)行了一些刪減及增加了一些注釋：

#include?"mem_malloc.h"

char?mem_id[10]={0};??//?10塊內(nèi)存塊

void?test_malloc(int?i,?int?size)
{
?printf("------test_malloc-------
");
?mem_id[i]?=?mem_malloc(size);
?if(mem_id[i]?==?0)
?{
??printf("malloc?---?fail
");
??printf("size=%d
",?size);
?}
?else
?{
??char?*p?=?mem_buffer(mem_id[i]);
????????memset(p,?i,?size);
????????printf("p?=?0x%x,?i=%d,?id=%d,?size=%d
",?(int)p,?i,?mem_id[i],?size);
?}
?print_mem_hex(MEM_SIZE);
}

void?test_buffer(int?i,?int?size)
{
?printf("------test_buffer-------
");
?printf("i=%d,?id?=?%d,?size=%d
",?i,?mem_id[i],?size);
?char?*p?=?mem_buffer(mem_id[i]);
????if(p?!=?NULL)
?{
??memset(p,?0xf0+i,?size);
????????print_mem_hex(MEM_SIZE);
?}
?else
?{
??printf("test_buffer---fail
");
?}
}

void?test_realloc(int?i,?int?size)
{
?printf("------test_realloc-------
");
????printf("i=%d,?id?=?%d,?size=%d
",?i,?mem_id[i],?size);
?int?ret?=?mem_realloc(mem_id[i],?size);
?if(ret)
?{
??char?*p?=?mem_buffer(mem_id[i]);
??memset(p,?0xa0+i,?size);
????????print_mem_hex(MEM_SIZE);
?}
?else
?{
??printf("test_realloc---fail
");
?}
}

void?test_free(int?i)
{
?printf("------test_free-------
");
?printf("i=%d,?id?=?%d
",?i,?mem_id[i]);
?if(mem_free(mem_id[i]))
??print_mem_hex(?MEM_SIZE);
}

void?main(void)
{
?print_mem_info();???//?打印內(nèi)存信息
?test_malloc(1,?10);?//?給申請一塊10個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，標(biāo)記內(nèi)存塊id為1
?test_malloc(2,?8);?//?給申請一塊8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，標(biāo)記內(nèi)存塊id為2
?test_malloc(3,?20);?//?給申請一塊20個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，標(biāo)記內(nèi)存塊id為2

?test_free(2);??//?釋放id為2的內(nèi)存塊的內(nèi)存

?test_malloc(4,?70);?//?申請一塊70個(gè)字節(jié)的內(nèi)存

?test_free(1);???????//?釋放id為1的內(nèi)存塊內(nèi)存

?test_buffer(3,?20);?//?獲取id為3的內(nèi)存塊地址，并往這個(gè)內(nèi)存塊重新寫入0xf0+i的數(shù)據(jù)

?test_realloc(3,?10);?//?重新分配內(nèi)存，并往這個(gè)內(nèi)存塊重新寫入0xa0+i的數(shù)據(jù)
?
?for(int?i=0;?i<10;?i++)??//?釋放所有內(nèi)存塊內(nèi)存，已釋放的不再重新釋放
??test_free(i);
}?

運(yùn)行結(jié)果及解析：

這里設(shè)定一個(gè)128字節(jié)的數(shù)組作為堆空間使用。其中數(shù)組前面存放的是申請到的內(nèi)存塊的信息，包括內(nèi)存塊地址、大小、索引信息，這三個(gè)數(shù)據(jù)各占4個(gè)字節(jié)，共12個(gè)字節(jié)。這里有設(shè)計(jì)到一個(gè)大小端模式的問題，STM32平臺(tái)為小端模式，即數(shù)據(jù)的低位存儲(chǔ)在內(nèi)存的低地址中。

申請的內(nèi)存塊從128字節(jié)的尾部開始分配，再次申請的內(nèi)存塊依次往前移，釋放的內(nèi)存，則整體內(nèi)存塊往后移動(dòng)，內(nèi)存塊之前不留空隙，即不產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

編輯：黃飛

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