C++实现简单的内存分配算法 _ 首次适应法First Fit模拟【源码】

小丽大大_8541

小丽大大_8541

2026-04-15

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原创

首次适应法要求空闲区链表按地址升序排列,分配时从头找首个size≥请求大小的块,回收时需检查并合并前后相邻空闲块;freemem仅存start_address和size,allocmem存start_address、size和processid,链表用std::list以保证o(1)增删。

c++实现简单的内存分配算法 _ 首次适应法first fit模拟【源码】

首次适应法(First Fit)在 C++ 中不是调用现成库函数,而是必须自己组织空闲区链表并手动遍历 —— 你不能靠 malloc 或 new 来模拟系统级分配逻辑,否则就失去了实验意义。

为什么不能直接用 std::list 存裸地址和大小就完事

因为回收时必须能合并相邻空闲块,而仅存地址+大小无法判断“是否相邻”:比如一块空闲区结束于 0x1000,下一块起始是 0x1000,它们才真正连续。所以每个空闲节点必须显式记录 Start_Address 和 size,且插入/删除时要检查 Start_Address + size == next->Start_Address 这类等式。

常见错误是把空闲链表按大小排序(那是最佳适应),或漏掉回收后向前/向后合并的判断分支。

  • 首次适应要求链表按地址升序排列,不是按大小
  • 分配时从头开始找第一个 size >= request_size 的节点
  • 若剩余空间 ≤ 阈值(如 minsize = 4 KB),不切割,整块分配;否则拆成两块,后半段保留在链表中
  • 回收时先插入新空闲节点,再依次检查它与前驱、后继能否合并 —— 顺序不能反,否则指针失效

FreeMem 和 AllocMem 结构体怎么设计才不出错

结构体里不要存冗余字段,比如不需要 end_address(可由 Start_Address + size 算出),否则更新一处忘了另一处,状态就错乱。重点保留可验证关系:

  • FreeMem 只需 Start_Address 和 size,构造时做断言:size > 0
  • AllocMem 需要 Start_Address、size、processID,但不用存“是否已分配”标志 —— 它天然在 Allocted_List 里就代表已分配
  • 两个链表都用 std::list,别用 vector:频繁插入删除时 list 是 O(1),vector 是 O(n)

示例片段(关键判断):

auto it = Free_List.begin();
while (it != Free_List.end()) {
    if (it->size >= request_size) {
        // 找到首个满足条件的
        break;
    }
    ++it;
}
if (it == Free_List.end()) return false; // 分配失败

回收时合并逻辑最容易漏掉的三种情况

回收一个刚释放的内存块,它可能和前面一块、后面一块、或前后两块都空闲 —— 这三种情况必须分开处理,不能只写一个 if。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载
  • 前面空闲:prev_it->Start_Address + prev_it->size == new_block.Start_Address
  • 后面空闲:new_block.Start_Address + new_block.size == next_it->Start_Address
  • 前后都空闲:先合并前驱,再用合并后的新节点去比对后继(注意迭代器失效!)
  • 合并后要从链表中 erase 被吞掉的节点,且确保 erase 不导致后续迭代器失效

典型坑:用 std::list::erase(it++) 写法在合并多块时跳过某个节点,结果碎片没清干净。

调试时怎么看分配是否真符合首次适应规则

最简单办法:每次分配前打印整个 Free_List,按 Start_Address 排序后逐行看。如果申请 50KB,而第一个地址最低、大小 ≥50KB 的空闲块是起始于 0x2000 的 80KB 块,那它就必须被选中 —— 即使后面有更紧凑的 55KB 块在 0x5000。

输出格式建议固定列宽,例如:

[Free] 0x0000: 120KB
[Free] 0x0078: 40KB   ← 0x78 = 120 十进制,说明紧接上一块
[Free] 0x00a0: 60KB

这样一眼能看出地址连续性,也方便验证合并是否生效。

真正难的不是写对单次分配,而是让多次分配+回收+合并之后,链表始终维持地址有序、无重叠、无间隙(除真实碎片外)—— 这需要每一步操作后都做链表自检,比如遍历检查 it->Start_Address + it->size Start_Address。

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