一个应用于单片机的内存管理模块-良许Linux教程网

下面是深度伪原创后的段落：

本次分享的内容源自一位资深专家所编写的单片机内存管理模块——mem_malloc。这一模块的特点在于其高效利用单片机RAM空间，并且使用过程中不会造成内存碎片问题，这对于单片机这类内存资源较为有限且缺乏MMU支持的设备来说尤为重要。

若想深入了解mem_malloc，可访问其代码仓库：mem_malloc GitHub仓库。

mem_malloc的特性

一般来说，单片机的内存资源相对较小，并且缺乏MMU的支持，这导致使用标准的malloc与free函数很容易出现内存碎片问题。此外，由于内存空间可能不足而导致分配失败，这种情况可能引发系统崩溃，因此在单片机环境下，使用这些标准内存管理函数时必须慎之又慎，甚至需要自行实现内存管理功能。

与标准malloc函数相比，mem_malloc模块的一个显著特点就是其能够避免内存碎片问题，这使得它成为了一款非常适用于单片机的内存管理解决方案。

算法原理：定义一个数组作为动态分配的堆空间，低地址空间保存管理数据，高地址空间实际分配给用户的缓存(类似堆栈使用，分配是往中间靠拢)，free时移动高地址用户空间(以时间换空间)，使得未使用的空间都是连续的。

mem_malloc测试验证

下面以小熊派IOT开发板来做实验。

实验过程很简单。准备一份开发板带串口打印的工程，下载mem_malloc，把mem_malloc.c、mem_malloc.h复制到工程目录下，并添加到工程里：

然后进行编译，编译过程可能会报错：

..\Src\mem_malloc.c(119): error:  #852: expression must be a pointer to a complete object type

这份代码在不同编译器下编译情况不同。gcc下编译不会报错，在keil下编译报如上错误。

keil编译器更严格些。报错原因是对mem_block结构体的mem_ptr成员进行操作，而mem_ptr成员的类型是void*，而mem_ptr成员参与运算时的增、减偏移量取决于mem_ptr的类型，所以这里我们需要指定类型。

我们把相关报错代码修改如：

再次编译就正常了。

下面简单看一下mem_malloc的代码。

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：

暂不贴出，感兴趣的小伙伴可以在上面的仓库地址自行下载阅读。在本公众号后台回复：mem_malloc，进行获取。

下面对mem_malloc进行测试验证。

测试代码作者也有给出，这里我们简单测试即可，进行了一些删减及增加了一些注释：

#include "mem_malloc.h"

char mem_id[10]={0};  // 10块内存块

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();   // 打印内存信息
 test_malloc(1, 10); // 给申请一块10个字节的内存，标记内存块id为1
 test_malloc(2, 8); // 给申请一块8个字节的内存，标记内存块id为2
 test_malloc(3, 20); // 给申请一块20个字节的内存，标记内存块id为2

 test_free(2);  // 释放id为2的内存块的内存

 test_malloc(4, 70); // 申请一块70个字节的内存

 test_free(1);       // 释放id为1的内存块内存

 test_buffer(3, 20); // 获取id为3的内存块地址，并往这个内存块重新写入0xf0+i的数据

 test_realloc(3, 10); // 重新分配内存，并往这个内存块重新写入0xa0+i的数据
 
 for(int i=0; i