在现代编程语言中，内存管理是至关重要的一个环节。特别是在C和C++语言中，malloc函数作为动态内存分配的基石，被广泛使用。本文将深入剖析malloc函数的源码，探讨其原理和实现过程，帮助读者更好地理解动态内存分配的工作机制。

一、malloc函数简介

malloc函数是C和C++标准库中的函数，用于动态分配内存。它可以从操作系统请求一段指定大小的连续内存空间，并将其返回给调用者。malloc函数原型如下：

c void *malloc(size_t size);

其中，size_t是用于表示大小的无符号整型。函数返回指向分配内存的指针，如果内存分配失败，则返回NULL。

二、malloc函数源码解析

malloc函数的实现涉及多个方面，包括内存分配算法、内存池管理等。下面将以glibc（GNU C库）的malloc源码为例，分析malloc函数的实现。

1.malloc.h头文件

在glibc中，malloc的实现主要集中在malloc.h头文件中。该文件定义了malloc相关的函数、结构和宏，为malloc的调用提供了接口。

`c

ifndef MALLOCH

define MALLOCH

define MALLOC_ALIGNMENT sizeof(void *)

/ 定义内存分配算法 / typedef enum { M_PERTURB, / 分区大小与页大小相等 / M_SBRK, / 通过sbrk扩展堆空间 / M_MMAP, / 通过mmap扩展堆空间 / } mallocschemet;

/ 内存块结构体 / typedef struct mallocchunk { sizet prev_size; / 前一个chunk的大小 / struct malloc_chunk fd; / 指向下一个chunk的指针 / struct malloc_chunk bk; / 指向上一个chunk的指针 / size_t size; / chunk的总大小 / } mallocchunkt;

/ 内存池管理 / extern mallocchunkt *fastbin; extern mallocchunkt *smallbin; extern mallocchunkt *largebin;

/ malloc函数实现 / void malloc(size_t size); / ... 其他函数声明 ... */

endif /* MALLOCH */

`

2.malloc函数实现

下面是malloc函数的源码实现，展示了malloc的主要工作流程。

`c void malloc(size_t size) { if (size <= MINSIZE) { / 如果请求大小小于最小chunk大小，直接返回0 */ return NULL; } mallocchunkt p, prevp; size_t sizeClass = classify(size); / 根据请求大小，选择合适的chunk大小类 / sizet classsize = getclasssize(sizeClass);

if ((p = fastbin_next(sizeClass))) { / 如果有fastbin chunk，则直接使用 / return maybe_unbind(p, sizeClass); }

/ 需要扩展内存，或者没有合适的fastbin chunk / mallocchunkt av = fastbin_lock(sizeClass); / 获取chunk列表 / if (av == NULL) { / 通过sbrk扩展堆空间 */ sizet extra = MAX(size, getmmapthreshold()) - size; av = extendmemory(extra + sizeof(mallocchunkt)); fastbin_lock(sizeClass); }

if ((prevp = av->fd)) { / 非空列表 / av = av->fd; } else { / 空列表 / / 创建新列表头 / mallocchunkt *head = av = chunkathead(); av->size = class_size; av->fd = av; av->bk = av; prevp = NULL; }

p = maybe_unbind(av, sizeClass); / 分离出新的chunk / av->fd = prevp; / 将新的chunk插入链表 / prevp->bk = av;

return (void *)p; } `

3.内存分配算法

在malloc中，内存分配算法主要包括以下几种：

• M_PERTURB：该算法通过随机调整chunk的大小来防止内存碎片。
• M_SBRK：该算法通过调用sbrk函数扩展堆空间，请求一定大小的内存。
• M_MMAP：该算法通过调用mmap函数扩展堆空间，请求一定大小的内存。

在实际应用中，malloc会根据具体情况选择合适的内存分配算法。

三、总结

本文对malloc函数的源码进行了详细解析，展示了malloc函数的实现原理和内存分配算法。通过分析malloc源码，我们可以更好地理解动态内存分配的过程，提高程序的性能和稳定性。在编写程序时，合理使用malloc函数，可以有效避免内存泄漏等问题，提高程序质量。