C分配和内存开销

抱歉，如果这是一个愚蠢的问题，但它一直有点困扰我很长时间

我想知道一些关于内存管理器如何知道内存正在使用的细节

想象一下，一台单芯片微型计算机有1024B的RAM，没有多少空闲空间

现在分配100个int——每个int都是4个字节，每个指针也都是4个字节（是的，8位一个芯片很可能有更小的指针，但是w/e）

你刚才用了800B内存的100整数？但更糟糕的是，分配系统必须以某种方式注意内存的malloc'd位置和空闲位置-200个额外字节什么的？还是一些小痕迹

---

• 如果这是真的，为什么C语言比汇编语言更受欢迎

• 真的是这样吗？那么超低效

• （或者我的想法完全不正确？）

---

年轻的开发人员可能会惊讶地发现，像我这样的年纪越来越大的人过去常常在具有1或2k RAM的系统上用C编写代码

在这种规模的系统中，动态内存分配将是我们无法承受的奢侈。这不仅是管理空闲存储的指针开销，还包括空闲存储碎片的影响，使内存分配效率低下，很可能导致严重的内存不足情况（虚拟内存不是一种选择）

因此，我们使用静态内存分配（即全局变量），对函数嵌套的深度进行非常严格的控制，对嵌套的中断处理进行更严格的控制

在这些系统上写作时，我甚至没有链接标准库。我编写了自己的C启动例程，并提供了自定义的最小I/O例程

我在2k ram系统中编写的一个程序使用ram的下部作为数据区，上部作为堆栈。在最后一个片段中，我证明了堆栈的最大使用在内存中达到了如此之低，以至于它距离数据区域中的最后一个变量只有1字节

啊，过去的好日子

编辑：

为了明确回答您的问题，原始的K&R free store manager用于将头块添加到通过

malloc

分配的每个内存块的开头

标题块如下所示：

union header {
    struct {
    union header   *ptr;
    unsigned        size;
    } s;
};

---

其中，

ptr

是下一个头块的地址，size是分配的内存大小（以块为单位）。

malloc

函数实际上会返回由

&header+sizeof（header）

计算的地址。free函数将从您提供的指针中减去标题的大小，以便将块重新链接回free列表。

有几种方法可以做到这一点：

• 编写时，

  malloc（）。完全没有效率，所以我把它删掉了

• malloc（）

  100

  int

  s的数组。总共需要

  100*sizeof（int）+1*sizeof（int*）+

  任何

  malloc（）

  内部需要的东西。好多了
• 静态分配数组。这里您只需要

  100*sizeof（int）

• 在堆栈上分配数组。这需要相同，但仅适用于当前函数调用

您需要哪一个取决于您需要多长时间的内存和其他条件

如果您有那么少的RAM，那么使用

malloc（）

是否有用甚至可能会有问题。如果多个代码块需要大量RAM，但不是同时需要，则可以选择此选项

内存地址的跟踪方式也取决于：

• 对于

  malloc（）

  ，必须将指针放在不会丢失的位置
• 对于堆栈上的数组，它是相对于当前帧指针表示的。代码设置帧，因此知道偏移量，因此通常不需要将其存储在任何位置
• 对于数据段中的数组，编译器和链接器知道地址，并静态地将地址放在需要的位置

如果这是真的，为什么C语言比汇编语言更受欢迎

你把问题简化得太多了。C或汇编程序——没关系，您仍然需要管理内存块。主要问题是碎片化，而不是实际的管理开销。在您描述的系统中，您可能只分配内存，而从不释放内存，因此无需检查什么是空闲的-水印下的任何内容都是空闲的，仅此而已

真的是这样吗？那么超低效

---

关于这个问题有很多算法，但是如果你简化的话——是的，基本上是这样。事实上，这是一个更复杂的问题——还有更复杂的系统围绕着内存服务、碎片处理、垃圾收集（在操作系统级别上）等等而运转。

想想看，你真的需要100个带指针的不同整数，还是100个整数的数组，一个指向开头的指针和一个足够大的整数？没错，在这种情况下数组是个好主意-但它仍然必须知道它在哪里？使用一个100

int

s的数组，另一个

int

用于缓冲区的当前大小，另一个用于保持其容量。总共408字节。“分配系统必须以某种方式注意内存在哪里是malloc'd，在哪里是空闲的”，对我来说，这听起来像是瑞士奶酪缓冲区，试着保持缓冲区的紧凑性。

因此超级低效

一个C语言的程序在理想情况下不会比它设计的效率高或低。如果你在堆上不合理地分别分配100个

int

s，那么问题不在于C，而在于你。这不是C的问题，而是操作系统的问题。你可能会更惊讶地发现，这些系统现在仍然在使用。如果你在教统局工作