模拟内存分配(链表实现)

原创

im0qianqian 2022-08-23 20:56:51 博主文章分类：心、雨 ©著作权

文章标签 链表 i++ 内存分配 文章分类 数据结构与算法人工智能

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仅仅是一个最简单的内存模拟……

规则：

我们拥有长度为m字节的内存，输入的第一行是两个整数，分别代表对内存的操作次数以及m的大小，输入的第二行是一个字符串，也就程序中所支持的三种操作：

1.alloc n – 分配n字节的连续内存，并输出被分配的内存块的id；

2.erase x – 释放id为x的内存块；

3.defragment – 对内存进行碎片整理。

首先我们来规定：

1.第一块成功分配的内存的id为1，第二块为2，以此类推；

2.执行alloc操作所开盘的内存必须是连续的，如果有多块符合这一条件的内存块，选择最靠前的那块来分配。如果不能分配这个大小的连续空闲内存块，则输

出“提示信息”；

3.erase操作释放完的内存可以重新使用，如果要释放的内存块在内存中没有找到，则返回“该内存块未找到”的提示信息，如果分配成功则不输出任何东西；

4.defragment操作将使所有内存尽量向前靠近，不打乱他们原本的顺序。

模拟内存分配(链表实现)

既然是链表实现，一定少不了这个咯！每一个节点记录此处的ID以及该区域内存大小data，布尔型变量t代表这里是否已被占用。

struct ab
{
    int data;
    int id;
    bool t;
    struct ab* next;
};

主程序呢，比较简单，主要是提示信息以及控制操作次数和输入，部分变量已定义为全局变量，比如mail。最重要的功能还在mallo/search/bing这几个函数里面！

int main()
{
    int n;
    cout<<"Please enter the number of operations and total memory size"<<endl;
    cin>>n>>mall;
    struct ab *head=NULL;
    while(n--)
    {
        string a;
        int size,id;
        struct ab *aa=head;
        cout<<"Please enter the operation to be performed: ";
        cin>>a;
        if(a=="alloc")
        {
            cout<<"Please enter the size you want to allocate memory: ";
            cin>>size;
            aa=mallo(head,size);
            if(aa==NULL)cout<<"\n\nNULL\tCould not find the assigned area.\n"<<endl;
            else head=aa;
        }
        else if(a=="erase")
        {
            cout<<"Please enter a ID that needs to be freed: ";
            cin>>id;
            if(search(head,id)==0)cout<<"\nThe ID does not exist.\n"<<endl;
        }
        else if(a=="defragment")
            head=bing(head);
        if(aa!=NULL)print(head);
    }
    return 0;
}

这是mallo函数，之前在主函数里面定义head=NULL，因此第一次分配内存的时候整个内存都是空的（NULL），所以使用if（head==NULL）{} 实现建立一个链表的头节点，并且返回头节点的地址，成功分配内存则赋值给head。
若第二次调用mallo函数，而此时head不是NULL，则从头遍历整个链表，若发现有一段内存未用并且大于需要分配的内存大小（p1->data>size&&p1->t==false），则用两个结构体指针，一个指向此时的位置，另一个新开辟一个节点，表示完成这次分配内存后该区域剩余的内存，而当前分配的空间则缩小到指定大小，然后将新节点插入到链表这个位置中这样就模拟出了内存分配。
假如遍历的时候刚好碰见和指定大小一样的一段空内存，这样的话就把该段内存标记为已占用的就可以了，p1->t=true；要是遍历到最后一个区域，也就是前面内存空缺的位置还是不满足指定的要求，需要在最后面分配，这是先检测最后面的区域大小是否符合，若不符合，返回NULL，代表未成功分配内存，若符合，便和上面的情况一样了，新建一个节点来储存剩余内存的信息，而此时的节点就将大小缩小到指定大小，节点内标记为已占用。
代码中的k便是检测前面是否已经分配，若分配k==false，若没有成功分配k==true；这样便是内存最后面的区域了！成功分配返回head，未成功分配返回NULL，其他操作就在主函数里面了。

int di=1,mall;
ab* mallo(struct ab *head,int size)
{
    struct ab *p1=head,*p2=head;
    if(head==NULL)
    {
        if(size>mall)return NULL;
        p1=(struct ab*)malloc(len);
        p1->data=size;
        p1->id=di++;
        p1->t=true;
        p1->next=NULL;
        return p1;
    }
    else
    {
        bool k=false;
        int s=0;
        while(p1!=NULL)
        {
            p2=p1;
            s+=p1->data;
            if(p1->data>size&&p1->t==false)
            {
                p2=(struct ab*)malloc(len);
                p2->data=p1->data-size;
                p2->t=false;
                p2->id=0;
                p2->next=p1->next;
                p1->data=size;
                p1->t=true;
                p1->id=di++;
                p1->next=p2;
                k=true;
                break;
            }
            else if(p1->data==size&&p1->t==false)
            {
                p1->id=di++;
                p1->t=true;
                k=true;
                break;
            }
            else p1=p1->next;
        }
        if(k==false)
        {
            if(mall-s>=size)
            {
                p1=(struct ab*)malloc(len);
                p1->next=NULL;
                p2->next=p1;
                p1->data=size;
                p1->t=true;
                p1->id=di++;
            }
            else return NULL;
        }
    }
    return head;
}

最重要的一个已经说完了，search这个功能实现很简单，假如释放一个指定ID的内存，把该内存标记为未被占用（false）就行，假如ID未找到，返回 0，找到并成功释放，返回1，判断的条件当然在主函数啦！

int search(struct ab *p,int id)
{
    bool k=false;
    while(p!=NULL)
    {
        if(p->id==id)
        {
            p->t=false;
            k=true;
            break;
        }
        p=p->next;
    }
    if(k==false)return 0;
    return 1;
}

嗯，这个功能是实现内存整理的，本来可以将标记为（false）的内存块大小变为0，就能实现，不过既然是模拟内存分配，就要把未被分配的内存节点从链表中摘下来，好像有delete这个函数可以把摘下来的内存在计算机内存（此内存非彼内存
）中释放！但终究没有加入，下面的代码，第四行，是除去整个内存开始的空区域，将头节点重新选择至链表中第一个出现的已占用的区域，然后在循环里面用p2遍历下面连续的空区域，重新连接整个链表，最后便把链表中标记（false）的区域都摘除了下来！返回新链表的头节点head；

ab* bing(struct ab* head)
{
    struct ab *p1=head,*p2=head;
    while(p1!=NULL&&p1->t==0)p1=p1->next;
    head=p1;
    while(p1!=NULL)
    {
        if(p1->next==NULL)return head;
        else p2=p1->next;
        while(p2!=NULL&&p2->t==0)p2=p2->next;
        p1->next=p2;
        p1=p2;
    }
    return head;
}

最后一个功能，输出整个链表，这样大家便可以查看到此时的内存分配状况了！

void print(struct ab *p1)
{
    cout<<"\nSize\tID\tT/F"<<endl;
    while(p1!=NULL)
    {
        cout<<p1->data<<"\t"<<p1->id<<"\t";
        if(p1->t==true)cout<<"true"<<endl;
        else cout<<"false"<<endl;
        p1=p1->next;
    }
    cout<<endl;
}

好了，用链表模拟内存的分配就是这样。

下面附上完整源代码：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string>
using namespace std;
#define len sizeof(struct ab)
struct ab
{
    int data;
    int id;
    bool t;
    struct ab* next;
};
int di=1,mall;
ab* mallo(struct ab *head,int size)
{
    struct ab *p1=head,*p2=head;
    if(head==NULL)
    {
        if(size>mall)return NULL;
        p1=(struct ab*)malloc(len);
        p1->data=size;
        p1->id=di++;
        p1->t=true;
        p1->next=NULL;
        return p1;
    }
    else
    {
        bool k=false;
        int s=0;
        while(p1!=NULL)
        {
            p2=p1;
            s+=p1->data;
            if(p1->data>size&&p1->t==false)
            {
                p2=(struct ab*)malloc(len);
                p2->data=p1->data-size;
                p2->t=false;
                p2->id=0;
                p2->next=p1->next;
                p1->data=size;
                p1->t=true;
                p1->id=di++;
                p1->next=p2;
                k=true;
                break;
            }
            else if(p1->data==size&&p1->t==false)
            {
                p1->id=di++;
                p1->t=true;
                k=true;
                break;
            }
            else p1=p1->next;
        }
        if(k==false)
        {
            if(mall-s>=size)
            {
                p1=(struct ab*)malloc(len);
                p1->next=NULL;
                p2->next=p1;
                p1->data=size;
                p1->t=true;
                p1->id=di++;
            }
            else return NULL;
        }
    }
    return head;
}
int search(struct ab *p,int id)
{
    bool k=false;
    while(p!=NULL)
    {
        if(p->id==id)
        {
            p->t=false;
            k=true;
            break;
        }
        p=p->next;
    }
    if(k==false)return 0;
    return 1;
}
void print(struct ab *p1)
{
    cout<<"\nSize\tID\tT/F"<<endl;
    while(p1!=NULL)
    {
        cout<<p1->data<<"\t"<<p1->id<<"\t";
        if(p1->t==true)cout<<"true"<<endl;
        else cout<<"false"<<endl;
        p1=p1->next;
    }
    cout<<endl;
}
ab* bing(struct ab* head)
{
    struct ab *p1=head,*p2=head;
    while(p1!=NULL&&p1->t==0)p1=p1->next;
    head=p1;
    while(p1!=NULL)
    {
        if(p1->next==NULL)return head;
        else p2=p1->next;
        while(p2!=NULL&&p2->t==0)p2=p2->next;
        p1->next=p2;
        p1=p2;
    }
    return head;
}
int main()
{
    int n;
    cout<<"Please enter the number of operations and total memory size"<<endl;
    cin>>n>>mall;
    struct ab *head=NULL;
    while(n--)
    {
        string a;
        int size,id;
        struct ab *aa=head;
        cout<<"Please enter the operation to be performed: ";
        cin>>a;
        if(a=="alloc")
        {
            cout<<"Please enter the size you want to allocate memory: ";
            cin>>size;
            aa=mallo(head,size);
            if(aa==NULL)cout<<"\n\nNULL\tCould not find the assigned area.\n"<<endl;
            else head=aa;
        }
        else if(a=="erase")
        {
            cout<<"Please enter a ID that needs to be freed: ";
            cin>>id;
            if(search(head,id)==0)cout<<"\nThe ID does not exist.\n"<<endl;
        }
        else if(a=="defragment")
            head=bing(head);
        if(aa!=NULL)print(head);
    }
    return 0;
}