csapp2025/malloclab/mm.c

#define MAX(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
/*
 * mm-naive.c - 参考实现，是一个最快的、最低效率的malloc.
 *
 * 在这个参考实现中，分配一个块，仅仅是增加brk指针，
 * 块内部全部是载荷数据，块内没有header或者footer等
 * 管理用的数据信息。分配出去的块，永远不释放或者回收。
 * 重分配函数（realloc）的实现，是直接通过mm_malloc和mm_free实现的
 *
 * 亲们请注意：你需要把此段注释，替换成你的算法设计思想。用描述性
 * 的话来说清楚。
 * 请将此文件，重新命名为mm_201309060024.c（就是mm_你的学号.c）
 */
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#ifndef _WIN32
#include <unistd.h>
#endif
#include <string.h>

#include "memlib.h"
#include "mm.h"

/*********************************************************
 * 亲们请注意：开始之前，请把下面的信息修改为你的个人信息
 ********************************************************/
team_t team = {
    /* 团队名字 */
    "Tom is a Cat",
    /* 团队老大的名字 */
    "Tom",
    /* 团队老大的email地址 */
    "Tom@sina.com",
    /* 团队其他成员的名字 (如果没有，就空着) */
    "",
    /* 团队其他成员的email地址 (如果没有，就空着) */
    ""};

/* 单字 (4) 还是双字 (8) 边界对齐 */
#define ALIGNMENT 8

/* 舍入到最近的ALIGNMENT边界上 */
#define ALIGN(size) (((size) + (ALIGNMENT - 1)) & ~0x7)

#define SIZE_T_SIZE (ALIGN(sizeof(size_t)))

// 定义块头部和尾部的大小
#define WSIZE 4             // 字大小（4字节）
#define DSIZE 8             // 双字大小（8字节）
#define CHUNKSIZE (1 << 12) // 扩展堆的默认大小（4KB）

// 将大小和分配位打包成一个字
#define PACK(size, alloc) ((size) | (alloc))

// 读取和写入地址p处的字
#define GET(p) (*(unsigned int *)(p))
#define PUT(p, val) (*(unsigned int *)(p) = (val))

// 从地址p读取大小和分配位
#define GET_SIZE(p) (GET(p) & ~0x7)
#define GET_ALLOC(p) (GET(p) & 0x1)

// 计算块的头部和尾部地址
#define HDRP(bp) ((char *)(bp) - WSIZE)
#define FTRP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(HDRP(bp)) - DSIZE)

// 计算下一个和前一个块的地址
#define NEXT_BLKP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(((char *)(bp) - WSIZE)))
#define PREV_BLKP(bp) ((char *)(bp) - GET_SIZE(((char *)(bp) - DSIZE)))

static char *heap_listp; // 指向堆的起始位置

static void *extend_heap(size_t words);
static void *coalesce(void *bp);
static void *find_fit(size_t asize);
static void place(void *bp, size_t asize);

static void print_block(int request_id, int payload);

/*
 * mm_init -
 * 初始化malloc系统，此函数，在整个运行期间，只被调用1次，用于建立初始化环境
 */
int mm_init(void) {
  // 创建初始空堆
  if ((heap_listp = mem_sbrk(4 * WSIZE)) == (void *)-1)
    return -1;
  PUT(heap_listp, 0);                            // 对齐填充
  PUT(heap_listp + (1 * WSIZE), PACK(DSIZE, 1)); // 序言块头部
  PUT(heap_listp + (2 * WSIZE), PACK(DSIZE, 1)); // 序言块尾部
  PUT(heap_listp + (3 * WSIZE), PACK(0, 1));     // 结尾块
  heap_listp += (2 * WSIZE);

  // 扩展空堆
  if (extend_heap(CHUNKSIZE / WSIZE) == NULL)
    return -1;
  return 0;
}

static void *extend_heap(size_t words) {
  char *bp;
  size_t size;

  // 分配偶数个字以保持对齐
  size = (words % 2) ? (words + 1) * WSIZE : words * WSIZE;
  if ((long)(bp = mem_sbrk(size)) == -1)
    return NULL;

  // 初始化空闲块头部/尾部和结尾块
  PUT(HDRP(bp), PACK(size, 0));         // 空闲块头部
  PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));         // 空闲块尾部
  PUT(HDRP(NEXT_BLKP(bp)), PACK(0, 1)); // 新的结尾块

  return coalesce(bp);
}

static void *coalesce(void *bp) {
  size_t prev_alloc = GET_ALLOC(FTRP(PREV_BLKP(bp)));
  size_t next_alloc = GET_ALLOC(HDRP(NEXT_BLKP(bp)));
  size_t size = GET_SIZE(HDRP(bp));

  if (prev_alloc && next_alloc) { // Case 1
    return bp;
  } else if (prev_alloc && !next_alloc) { // Case 2
    size += GET_SIZE(HDRP(NEXT_BLKP(bp)));
    PUT(HDRP(bp), PACK(size, 0));
    PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));
  } else if (!prev_alloc && next_alloc) { // Case 3
    size += GET_SIZE(HDRP(PREV_BLKP(bp)));
    PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));
    PUT(HDRP(PREV_BLKP(bp)), PACK(size, 0));
    bp = PREV_BLKP(bp);
  } else { // Case 4
    size += GET_SIZE(HDRP(PREV_BLKP(bp))) + GET_SIZE(FTRP(NEXT_BLKP(bp)));
    PUT(HDRP(PREV_BLKP(bp)), PACK(size, 0));
    PUT(FTRP(NEXT_BLKP(bp)), PACK(size, 0));
    bp = PREV_BLKP(bp);
  }
  return bp;
}

void *mm_malloc(size_t size) {
  size_t asize;      // 调整后的块大小
  size_t extendsize; // 如果没有合适的块，扩展堆的大小
  char *bp;

  if (size == 0)
    return NULL;

  if (size <= DSIZE)
    asize = 2 * DSIZE;
  else
    asize = DSIZE * ((size + (DSIZE) + (DSIZE - 1)) / DSIZE);

  if ((bp = find_fit(asize)) != NULL) {
    place(bp, asize);
    return bp;
  }

  extendsize = MAX(asize, CHUNKSIZE);
  if ((bp = extend_heap(extendsize / WSIZE)) == NULL)
    return NULL;
  place(bp, asize);
  return bp;
}

void mm_free(void *bp) {
  if (bp == NULL)
    return;

  size_t size = GET_SIZE(HDRP(bp));
  PUT(HDRP(bp), PACK(size, 0));
  PUT(FTRP(bp), PACK(size, 0));
  coalesce(bp);
}

void *mm_realloc(void *ptr, size_t size) {
  if (ptr == NULL)
    return mm_malloc(size);

  if (size == 0) {
    mm_free(ptr);
    return NULL;
  }

  void *newptr = mm_malloc(size);
  if (newptr == NULL)
    return NULL;

  size_t copySize = GET_SIZE(HDRP(ptr)) - DSIZE;
  if (size < copySize)
    copySize = size;
  memcpy(newptr, ptr, copySize);
  mm_free(ptr);
  return newptr;
}

static void *find_fit(size_t asize) {
  void *bp;

  for (bp = heap_listp; GET_SIZE(HDRP(bp)) > 0; bp = NEXT_BLKP(bp)) {
    if (!GET_ALLOC(HDRP(bp)) && (asize <= GET_SIZE(HDRP(bp)))) {
      return bp;
    }
  }
  return NULL;
}

static void place(void *bp, size_t asize) {
  size_t csize = GET_SIZE(HDRP(bp));

  if ((csize - asize) >= (2 * DSIZE)) {
    PUT(HDRP(bp), PACK(asize, 1));
    PUT(FTRP(bp), PACK(asize, 1));
    bp = NEXT_BLKP(bp);
    PUT(HDRP(bp), PACK(csize - asize, 0));
    PUT(FTRP(bp), PACK(csize - asize, 0));
  } else {
    PUT(HDRP(bp), PACK(csize, 1));
    PUT(FTRP(bp), PACK(csize, 1));
  }
}

/*
 * mm_heapcheck - 目前暂不支持堆检查，可以不用修改
 */
void mm_heapcheck(void) {}

/*
 * 输出一块数据 - 用于heapcheck，然而在此并没有什么用，可以不用修改
 */

static void print_block(int request_id, int payload) {
  printf("\n[%s]$BLOCK %d %d\n", __func__, request_id, payload);
}