C分配和内存开销

Question

抱歉，如果这是个愚蠢的问题，但它已经困扰了我很长一段时间。

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，一台拥有1024 B内存的单片微型计算机--没什么可省的。

现在您分配100 ints -每个int是4字节，每个指针4字节也是(例如，8位单芯片很可能有更小的指针，但是w/e)。

所以你刚刚用了800 B的ram来处理100个ints？但更糟糕的是--分配系统必须以某种方式注意内存是malloc的，内存是空的--，200多字节，或其他什么的？或者是一些小伤痕？

• 如果这是真的，为什么C总是被偏爱而不是汇编程序呢？
• 它真的是这样运作的吗？太低效了？
• (还是我对此有一个完全不正确的想法？)

Answer 1

年轻的开发人员可能会惊讶地发现，像我这样年迈的老开发人员过去常常在内存为1或2k的系统上用C编写。

在这种大小的系统中，动态内存分配将是我们负担不起的奢侈品。这不仅是管理空闲存储的指针开销，也是空闲存储碎片的影响，使得内存分配效率低下，很可能导致严重的内存不足状况(虚拟内存不是选项之一)。

因此，我们过去使用静态内存分配(即全局变量)，对所有嵌套函数的深度保持非常严格的控制，并对嵌套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。

我在一个2k内存系统中编写的一个程序使用ram的下部作为数据区，上部部分作为堆栈。在最后一个切分中，我证明了堆栈的最大使用在内存中达到了如此之远，以至于它离数据区域中的最后一个变量有1字节之遥。

啊，过去的美好时光..。

编辑：

要具体回答您的问题，最初的K&R免费存储管理器用来在通过malloc分配的每个内存块的开头添加一个头块。

头块看起来如下所示：

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

其中ptr是下一个标头块的地址，而大小是分配给内存的大小(以块为单位)。malloc函数实际上将返回由&header + sizeof(header)计算的地址。空闲函数将从您提供的指针中减去标头的大小，以便将块重新链接回空闲列表。

Answer 2

如果这是真的，为什么C总是被偏爱而不是汇编程序呢？

你把问题简化得太多了。C或汇编程序-不重要，您仍然需要管理内存块。主要问题是fragmentation，，而不是实际的管理开销。在您所描述的系统中，您可能只需要分配内存，并且永远不会释放它，因此不需要检查什么是空闲的--水印下面的任何内容都是免费的，就这样。

它真的是这样运作的吗？太低效了？

围绕这个问题有很多算法，但是如果你在简化-是的，基本上是。在现实中，这是一个更复杂的问题-而且还有更复杂的系统围绕着服务内存、处理碎片、垃圾收集(在OS级别)等等。