干貨 | 分享一個實用的、可應用于單片機的內存管理模塊

本次給大家分享一位大佬寫的應用于單片機內存管理模塊mem_malloc，這個mem_malloc的使用不會產生內存碎片，可以高效利用單片機ram空間。

mem_malloc代碼倉庫：

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https://github.com/chenqy2018/mem_malloc

?

一般單片機的內存都比較小，而且沒有MMU，malloc 與free的使用容易造成內存碎片。而且可能因為空間不足而分配失敗，從而導致系統崩潰，因此應該慎用，或者自己實現內存管理。

mem_malloc就是一個不會產生內存碎片的、適合單片機使用的內存管理模塊。其與使用malloc的區別如

「算法原理：」

定義一個數組作為動態分配的堆空間，低地址空間保存管理數據，高地址空間實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的。

下面以小熊派IOT開發板來做實驗。

實驗過程很簡單。準備一份開發板帶串口打印的工程，下載mem_malloc，把mem_malloc.c、mem_malloc.h復制到工程目錄下，并添加到工程里：

然后進行編譯，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編譯器更嚴格些。報錯原因是對mem_block結構體的mem_ptr成員進行操作，而mem_ptr成員的類型是void*，而mem_ptr成員參與運算時的增、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 <stdio.h> 
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>

#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：mem_malloc，進行獲取。

下面對mem_malloc進行測試驗證。

測試代碼作者也有給出，這里我們簡單測試即可，進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();   // 打印內存信息
 test_malloc(1, 10); // 給申請一塊10個字節的內存，標記內存塊id為1
 test_malloc(2, 8); // 給申請一塊8個字節的內存，標記內存塊id為2
 test_malloc(3, 20); // 給申請一塊20個字節的內存，標記內存塊id為2

 test_free(2);  // 釋放id為2的內存塊的內存

 test_malloc(4, 70); // 申請一塊70個字節的內存

 test_free(1);       // 釋放id為1的內存塊內存

 test_buffer(3, 20); // 獲取id為3的內存塊地址，并往這個內存塊重新寫入0xf0+i的數據

 test_realloc(3, 10); // 重新分配內存，并往這個內存塊重新寫入0xa0+i的數據
 
 for(int i=0; i<10; i++)  // 釋放所有內存塊內存，已釋放的不再重新釋放
  test_free(i);
}