分享一個實(shí)用的、可應(yīng)用于單片機(jī)的內(nèi)存管理模塊

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來源：嵌入式大雜燴

作者：ZhengNL

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mem_malloc的使用不會產(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就是一個不會產(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：」

定義一個數(shù)組作為動態(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時移動高地址用戶空間(以時間換空間)，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，編譯過程可能會報錯：

..\Src\mem_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下編譯不會報錯，在keil下編譯報如上錯誤。

keil編譯器更嚴(yán)格些。報錯原因是對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)報錯代碼修改如：

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

void test_buffer(int i, int size)
{
printf("------test_buffer-------\n");
printf("i=%d, id = %d, size=%d\n", 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\n");
}
}

void test_realloc(int i, int size)
{
printf("------test_realloc-------\n");
printf("i=%d, id = %d, size=%d\n", 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\n");
}
}

void test_free(int i)
{
printf("------test_free-------\n");
printf("i=%d, id = %d\n", 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，這三個數(shù)據(jù)各占4個字節(jié)，共12個字節(jié)。這里有設(shè)計到一個大小端模式的問題，STM32平臺為小端模式，即數(shù)據(jù)的低位存儲在內(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，內(nèi)存塊之前不留空隙，即不產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

以上就是本次的分享，如有錯誤，歡迎指出，謝謝！

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