C语言编写一个简单的内存分配器：大家都以为简单，实则暗藏玄机

本文主要介绍如何用C语言编写一个简单的内存分配器。我们将实现malloc()、calloc()、realloc()和free()函数。

这是一篇面向初学者的文章，因此我不会详述每一个细节。这个内存分配器不会很快且高效，我们也不会调整已分配的内存使其与页面边界对齐，但我们会构建一个能正常工作的内存分配器，仅此而已。（如果你想查看完整的代码私聊我）在开始构建内存分配器之前，你需要熟悉程序的内存布局。一个进程在其自己的虚拟地址空间中运行，该虚拟地址空间与其他进程的虚拟地址空间是不同的。这个虚拟地址空间通常由五个部分组成：

1. 文本段：包含要由处理器执行的二进制指令的部分。
2. 数据段：包含已初始化且值不为零的静态数据。
3. BSS段（由符号开始的块）：包含已初始化为零的静态数据。程序中未初始化的静态数据会被初始化为0并存储在这里。
4. 堆：包含动态分配的数据。
5. 栈：包含自动变量、函数参数、基指针的副本等。

从图中可以看到，栈和堆的增长方向是相反的。有时，数据段、BSS段和堆段会被统称为“数据段”，其末尾由一个名为程序断点（program break）或brk的指针来界定。也就是说，brk指向堆的末尾。

现在，如果我们想在堆中分配更多内存，就需要请求系统增加brk的值。同样，要释放内存，我们需要请求系统减小brk的值。

假设我们运行的是Linux（或类Unix系统），我们可以使用sbrk()系统调用来操作程序断点。

• 调用sbrk(0)会返回程序断点的当前地址。
• 调用sbrk(x)（x为正值）会使brk增加x个字节，从而分配内存。
• 调用sbrk(-x)（x为正值）会使brk减少x个字节，从而释放内存。

如果调用失败，sbrk()会返回(void*) -1。

说实话，sbrk()并不是我们最好的选择。如今有更好的替代方案，比如mmap()。sbrk()并不是线程安全的，并且它只能按照后进先出（LIFO）的顺序增长或收缩。

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