垃圾堆，也就是最简单的内存管理工具

Question

其思想是在main开头插入垃圾堆，使用gmalloc、gcalloc和grealloc包装器，并在main末尾释放所有分配的内存。在为电子判断系统编写程序时，它有助于避免内存泄漏。希望听取关于如何改进代码(C语言初学者)的想法和建议的一般反馈意见。

main.c

/*
Example of usage of garbage heap.
No free() call but no memory leak.
*/

#include "garbage_heap.h"


int main() {
    init_garbage_heap();
    for (int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        char* str = gmalloc(1000*sizeof(char));
        str = grealloc(str, 2000*sizeof(char));
    }
    free_garbage_heap();
    return 0;
}

garbage_heap.h

#ifndef GARBAGE_HEAP_H
#define GARBAGE_HEAP_H

#include <stddef.h>

void init_garbage_heap (void);
void free_garbage_heap (void);
void* gmalloc (size_t sizemem);
void* gcalloc (size_t number, size_t size);
void* grealloc (void* ptrmem, size_t sizemem);

#endif // GARBAGE_HEAP_H

garbage_heap.c

#include <stdlib.h>

#include "garbage_heap.h"


typedef struct
{
    void** buffer;
    int len;
    int capacity;
}
GarbageHeap;


static GarbageHeap garbage_heap;


void init_garbage_heap(void)
{
    int len = 32;
    garbage_heap.len = 0;
    garbage_heap.capacity = len;
    garbage_heap.buffer = (void**)malloc(sizeof(void*)*len);
    for (int i = 0; i < len; ++i)
        garbage_heap.buffer[i] = NULL;
}


void free_garbage_heap(void)
{
    for (int i = 0; i < garbage_heap.len; ++i)
        if (garbage_heap.buffer[i] != NULL)
            free(garbage_heap.buffer[i]);
    free(garbage_heap.buffer);
}


void resize_garbage_heap(void)
{
    garbage_heap.capacity *= 2;
    garbage_heap.buffer = (void**)realloc(garbage_heap.buffer, sizeof(void*) * garbage_heap.capacity);
    for (int i = garbage_heap.len; i < garbage_heap.capacity; ++i)
        garbage_heap.buffer[i] = NULL;
}


void* gmalloc(size_t sizemem)
{
    if (garbage_heap.len == garbage_heap.capacity)
        resize_garbage_heap();
    garbage_heap.buffer[garbage_heap.len] = malloc(sizemem);
    ++garbage_heap.len;
    return garbage_heap.buffer[garbage_heap.len - 1];
}


void* gcalloc(size_t number, size_t size)
{
    if (garbage_heap.len == garbage_heap.capacity)
        resize_garbage_heap();
    garbage_heap.buffer[garbage_heap.len] = calloc(number, size);
    ++garbage_heap.len;
    return garbage_heap.buffer[garbage_heap.len - 1];
}


void* grealloc(void* ptrmem, size_t sizemem)
{
    if (ptrmem == NULL)
        return gmalloc(sizemem);
    int i = 0;
    while (garbage_heap.buffer[i] != ptrmem)
        ++i;
    void* tmp_ptr = realloc(ptrmem, sizemem);
    if (tmp_ptr != NULL)
        garbage_heap.buffer[i] = tmp_ptr;
    return tmp_ptr;
}

Answer 1

有趣的概念，我猜C不是您的第一种编程语言，您的第一语言不需要显式的内存管理。

代码非常好，但是这里有一些需要考虑的事项：

良好的编程实践

在大多数if语句和循环中，问题中的代码很难维护，因为它没有为贯穿代码的每条路径提供复杂的语句。复杂语句是由{和}封装在C语言中的代码块。

一个复杂语句的例子是：{语句；语句；}

缺少这种良好编程实践的代码的一个例子是

void free_garbage_heap(void)
{
    for (int i = 0; i < garbage_heap.len; ++i)
        if (garbage_heap.buffer[i] != NULL)
            free(garbage_heap.buffer[i]);
    free(garbage_heap.buffer);
}

假设维护代码的人必须在循环中的if语句中添加一条语句，并且他们希望快速地这样做，或者他们来自一种定位的编程语言，而不是使用大括号来表示一个复杂的语句。如果他们直接在free(garbage_heap.buffer[i]);下面添加它而不添加大括号，那么不仅新语句不在if语句中，新语句甚至不在for循环中。

在C和C++等语言中，以下代码是一种更安全的编程实践：

void free_garbage_heap(void)
{
    for (int i = 0; i < garbage_heap.len; ++i)
    {
        if (garbage_heap.buffer[i] != NULL)
        {
            free(garbage_heap.buffer[i]);
        }
    }
    free(garbage_heap.buffer);
}

添加新语句的位置变得更加清晰。

函数init_garbage_heap的可能改进

在init_garbage_heap()中要注意的第一件事是，在调用void* malloc(int number_of_bytes_to_allocate)之后没有错误检查。对malloc()的调用可能失败，如果调用失败，则返回的值为NULL。如果malloc()返回一个错误，那么如果代码继续处理，那么garbage_heap.buffer[i] = NULL;的for循环中就会出现内存访问错误，这可能会导致程序崩溃(退出不当)。在C++中，如果new()失败，它将引发异常，C编程语言没有异常，因此需要进行测试。

下面的代码中要注意的第二件事是，在(void**)的C99或更高版本的C中，在原始的C malloc()返回char*和必需的强制转换中，不需要强制转换，因为它现在返回了void.it不需要。

void init_garbage_heap(void)
{
    int len = 32;
    garbage_heap.len = 0;
    garbage_heap.capacity = len;
    garbage_heap.buffer = (void**)malloc(sizeof(void*)*len);
    for (int i = 0; i < len; ++i)
        garbage_heap.buffer[i] = NULL;
}

要注意的第三件事是，garbage_heap.buffer的类型可以改变，所以如果使用sizeof(*garbage_heap.buffer) * len而不是说明sizeof(void*)*len，可能会更好。这样，如果buffer的类型发生变化，代码只需要更改声明buffer的位置，而不需要在多个地方更改。

将garbage_heap.buffer的内容初始化为NULL的for循环可以替换为调用(*ptr，int值，大小_))；：

    memset(garbage_heap.buffer, 0, sizeof(*garbage_heap.buffer) * len);

这可能会比for循环执行更快的速度，这取决于memset()的编写方式。它也是用代码的其余部分编写的。

如果将对malloc()的调用替换为对calloc()的调用，则不需要for循环或对memset()的调用，因为calloc()将将被返回的内存内容设置为NULL。

`init_garbage_heap的可能改进版本(Void)：

void init_garbage_heap(void)
{
    int len = 32;

    garbage_heap.len = 0;
    garbage_heap.capacity = len;
    garbage_heap.buffer = calloc(sizeof(*garbage_heap.buffer), len);
    if (!garbage_heap.buffer)
    {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for garbage_heap.buffer, exiting program");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

尚不清楚len为什么要被分配32，最好使用一个符号常量而不是32。如果这些例程的用户能够设置初始分配容量，也可能会更好。如果初始缓冲区大小大于32，则更好，以减少调整大小的需要。

间距

如果函数中有垂直间距，garbage_heap.c中的代码可能更易读。