]> pd.if.org Git - pdclib/blobdiff - functions/stdlib/malloc.c
Comment cleanups.
[pdclib] / functions / stdlib / malloc.c
index a563350f929faf48c6949cdf59c1fe2c52031648..9cdd6895dfefd391b7be9a09ce04bf2f2c85e571 100644 (file)
-/* ----------------------------------------------------------------------------
- * $Id$
- * ----------------------------------------------------------------------------
- * Public Domain C Library - http://pdclib.sourceforge.net
- * This code is Public Domain. Use, modify, and redistribute at will.
- * --------------------------------------------------------------------------*/
+/* void * malloc( size_t )
 
-#include <__size_t.h>
+   This file is part of the Public Domain C Library (PDCLib).
+   Permission is granted to use, modify, and / or redistribute at will.
+*/
 
-void * malloc( size_t size ) { /* TODO */ };
+#include <stdlib.h>
+#include <stdint.h>
+#include <stdbool.h>
 
-/* This is a simple best-fit / first-fit implementation heavily based on
- * Thomas "Beyond Infinity" Kreitner's code
- */
+#ifndef REGTEST
 
-/* memory list element */
-struct chunk_t
-{
-    void *    address;
-    size_t    size;
-    chunk_t * next;
-};
-
-struct memlist_t
-{
-    chunk_t * start;
-    chunk_t * last;
-};
+#include <_PDCLIB_glue.h>
 
-size_t heap_start = 0xa0000000;
-size_t heap_used  = 0x00000050; /* HEAP in use. Holds the next FREE address (?) */
-size_t heap_max   = 0xfffffff;  /* max. HEAP */
+/* TODO: Primitive placeholder. Much room for improvement. */
 
-static struct memlist_t free_mem = { (struct memlist_t *) heap_start,
-                                     (struct memlist_t *) heap_start };
-/* free_mem.start->next = NULL; */
-
-static struct memlist_t used_mem = { (struct memlist_t *) heap_start + sizeof( chunk_t ),
-                                     (struct memlist_t *) heap_start + sizeof( chunk_t ) };
-/* used_mem.start->next = NULL; */
+/* Keeping pointers to the first and the last element of the free list. */
+struct _PDCLIB_headnode_t _PDCLIB_memlist = { NULL, NULL };
 
 void * malloc( size_t size )
 {
-    chunk_t * chunk = 0;
-    chunk_t * prev_chunk;
-    if ( free_mem.start != free_mem.last )
+    if ( size == 0 )
+    {
+        return NULL;
+    }
+    if ( size < _PDCLIB_MINALLOC )
     {
-        /* first pass: exact fit */
-        chunk = free_mem.start;
-        while ( 1 )
+        size = _PDCLIB_MINALLOC;
+    }
+    {
+    struct _PDCLIB_memnode_t * current = _PDCLIB_memlist.first;
+    struct _PDCLIB_memnode_t * previous = NULL;
+    struct _PDCLIB_memnode_t * firstfit = NULL;
+    struct _PDCLIB_memnode_t * firstfit_previous = NULL;
+    /* Trying exact fit */
+    while ( current != NULL )
+    {
+        if ( current->size == size )
         {
-            prev_chunk = chunk;
-            chunk = chunk->next;
-            if ( ( chunk == NULL ) || ( chunk->size == size ) )
+            /* Found exact fit, allocate node */
+            if ( previous != NULL )
+            {
+                /* Node in the middle of the list */
+                previous->next = current->next;
+            }
+            else
             {
-                break;
+                /* Node is first in list */
+                _PDCLIB_memlist.first = current->next;
             }
+            if ( _PDCLIB_memlist.last == current )
+            {
+                /* Node is last in list */
+                _PDCLIB_memlist.last = previous;
+            }
+            return (char *)current + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+        }
+        else if ( current->size > size && ( firstfit == NULL || current->size < firstfit->size ) )
+        {
+            /* Remember previous node in case we do not get an exact fit.
+               Note that this is the node *pointing to* the first fit,
+               as we need that for allocating (i.e., changing next pointer).
+            */
+            firstfit_previous = previous;
+            firstfit = current;
         }
+        /* Skip to next node */
+        previous = current;
+        current = current->next;
     }
-    if ( chunk == NULL )
+    /* No exact fit; go for first fit */
+    if ( firstfit != NULL )
     {
-        /* second pass - first fit */
-        chunk = free_mem.start;
-        while ( 1 )
+        bool node_split = false;
+        if ( ( firstfit->size - size ) > ( _PDCLIB_MINALLOC + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ) )
+        {
+            /* Oversized - split into two nodes */
+            struct _PDCLIB_memnode_t * newnode = (struct _PDCLIB_memnode_t *)( (char *)firstfit + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + size );
+            newnode->size = firstfit->size - size - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+            newnode->next = firstfit->next;
+            firstfit->next = newnode;
+            firstfit->size = firstfit->size - newnode->size - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+            node_split = true;
+        }
+        if ( firstfit_previous != NULL )
+        {
+            /* Node in the middle of the list */
+            firstfit_previous->next = firstfit->next;
+        }
+        else
+        {
+            /* Node is first in list */
+            _PDCLIB_memlist.first = firstfit->next;
+        }
+        if ( _PDCLIB_memlist.last == firstfit )
         {
-            prev_chunk = chunk;
-            chunk = chunk-> next;
-            if ( ( chunk == NULL ) || ( chunk->size > size ) )
+            /* Node is last in list */
+            if ( node_split )
             {
-                break;
+                _PDCLIB_memlist.last = firstfit->next;
+            }
+            else
+            {
+                _PDCLIB_memlist.last = firstfit_previous;
             }
         }
+        return (char *)firstfit + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+    }
     }
-    if ( chunk != NULL )
     {
-        /* remove chunk from free_mem list */
-        if ( free_mem.start->next->next == NULL )
+    /* No fit possible; how many additional pages do we need? */
+    size_t pages = ( ( size + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - 1 ) / _PDCLIB_PAGESIZE ) + 1;
+    /* Allocate more pages */
+    struct _PDCLIB_memnode_t * newnode = (struct _PDCLIB_memnode_t *)_PDCLIB_allocpages( (int)pages );
+    if ( newnode != NULL )
+    {
+        newnode->next = NULL;
+        newnode->size = pages * _PDCLIB_PAGESIZE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+        if ( ( newnode->size - size ) > ( _PDCLIB_MINALLOC + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ) )
         {
-            /* free_mem list has only one entry */
-            free_mem.last = free_mem.start;
+            /* Oversized - split into two nodes */
+            struct _PDCLIB_memnode_t * splitnode = (struct _PDCLIB_memnode_t *)( (char *)newnode + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + size );
+            splitnode->size = newnode->size - size - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+            newnode->size = size;
+            /* Add splitted node as last element to free node list */
+            if ( _PDCLIB_memlist.last == NULL )
+            {
+                _PDCLIB_memlist.first = splitnode;
+            }
+            else
+            {
+                _PDCLIB_memlist.last->next = splitnode;
+            }
+            splitnode->next = NULL; /* TODO: This is bug #7, uncovered by testdriver yet. */
+            _PDCLIB_memlist.last = splitnode;
         }
-        else if ( chunk == free_mem.last )
+        return (char *)newnode + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t );
+    }
+    }
+    /* No fit, heap extension not possible - out of memory */
+    return NULL;
+}
+
+#endif
+
+
+#ifdef TEST
+#include <_PDCLIB_test.h>
+#include <string.h>
+#include <stdarg.h>
+#include <stdio.h>
+
+
+#ifndef REGTEST
+
+/* Effective page size, i.e. how many bytes can be allocated and still be on
+   one page of memory.
+*/
+#define EFFECTIVE _PDCLIB_PAGESIZE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t )
+#define MEMTEST( ptr, size ) ( ( ptr = malloc( size ) ) != NULL ) && ( memset( ptr, 0, size ) == ptr )
+
+char * pages_start = 0;
+int test_nodes( char const * const, int, ... );
+void PRINT( char const * const, ... );
+
+/* This can be enabled to give a dump of node information */
+#if 0
+void PRINT( char const * const format, ... )
+{
+    va_list( ap );
+    va_start( ap, format );
+    vprintf( format, ap );
+}
+#else
+void PRINT( char const * const format, ... )
+{
+    /* EMPTY */
+}
+#endif
+
+/* Helper function checking number of allocated memory pages and the nodes
+   in the free memory list against expectations.
+*/
+int test_nodes( char const * const action, int expected_pages, ... )
+{
+    static int count = 1;
+    int result = 1;
+    PRINT( action );
+    /* Determining the amount of allocated pages */
+    int allocated_pages = ( (intptr_t)_PDCLIB_allocpages( 0 ) - (intptr_t)pages_start ) / _PDCLIB_PAGESIZE;
+    PRINT( "Test #%2d, %d allocated pages", count++, allocated_pages );
+    if ( allocated_pages != expected_pages )
+    {
+        PRINT( " - MISMATCH, expected\n          %d pages\n", expected_pages );
+        result = 0;
+    }
+    else
+    {
+        PRINT( "\n" );
+    }
+    /* Now moving through the free nodes list */
+    va_list( ap );
+    va_start( ap, expected_pages );
+    struct _PDCLIB_memnode_t * tracer = _PDCLIB_memlist.first;
+    int firstnode = 0;
+    int lastnode = 0;
+    while ( tracer != NULL )
+    {
+        /* Data from node */
+        size_t node_location = (char *)tracer - (char *)pages_start;
+        PRINT( "   - node %.4p, size %#.4x", node_location, tracer->size );
+        /* Expected data */
+        size_t expected_location = va_arg( ap, size_t );
+        if ( expected_location == 0 )
         {
-            /* chunk is last element of free_mem list */
-            prev_chunk->next = NULL;
-            free_mem.last = prev_chunk;
+            PRINT( " - UNEXPECTED NODE\n" );
+            result = 0;
+            continue;
         }
-        else
+        /* Memorizing first and last expected node for later comparison. */
+        if ( firstnode == 0 )
         {
-            /* chunk is neither only nor last in free_mem list */
-            prev_chunk->next = prev_chunk->next->next;
+            firstnode = expected_location;
         }
-        /* append chunk to used_mem list */
-        chunk->next = NULL;
-        used_mem.last->next = chunk;
-        used_mem.last = chunk;
-    }
-    /* append new chunk to end of used_mem list (if there's space) */
-    if ( chunk == NULL )
-    {
-        if ( ( heap_used + size ) <= heap_max )
+        lastnode = expected_location;
+        /* Comparing expected node against current node */
+        size_t expected_size = va_arg( ap, size_t );
+        if ( ( node_location != expected_location ) || ( tracer->size != expected_size ) )
         {
-            /* building the header */
-            chunk = (chunk_t *) heap_start + heap_used + 1;
-            chunk->size    = size;
-            chunk->next    = NULL;
-            chunk->address = chunk + sizeof( chunk_t );
-            /* push heap_used past allocated area */
-            heap_used += sizeof( chunk_t ) + size;
-            used_mem.last->next = chunk;
-            used_mem.last = chunk;
+            PRINT( " - MISMATCH, expected values\n          %.4p       %#.4p\n", expected_location, expected_size );
+            result = 0;
         }
         else
         {
-            /* allocation would exceed max. heap size -
-            /* demand more memory from kernel - not implemented */
-            return 0;
+            PRINT( "\n" );
         }
+        tracer = tracer->next;
     }
-    return (void *) chunk->address;
+    /* Comparing first and last node in memlist against expectations. */
+    PRINT( "   - memlist first: %#.4x - last: %#.4x",
+            ( _PDCLIB_memlist.first == NULL ) ? NULL : (char *)_PDCLIB_memlist.first - (char *)pages_start,
+            ( _PDCLIB_memlist.last == NULL ) ? NULL : (char *)_PDCLIB_memlist.last - (char *)pages_start );
+    if ( ( firstnode != 0 ) && 
+         ( ( ( (char *)_PDCLIB_memlist.first - (char *)pages_start ) != firstnode )
+         || ( ( (char *)_PDCLIB_memlist.last  - (char *)pages_start ) != lastnode ) ) )
+    {
+        PRINT( " - MISMATCH, expected values\n                    %#.4x - last: %#.4x\n", firstnode, lastnode );
+        result = 0;
+    }
+    else
+    {
+        PRINT( "\n" );
+    }
+    PRINT( "\n" );
+    return result;
+}
+
+#endif 
+
+/* Note that this test driver heavily tests *internals* of the implementation
+   above (and of free() and realloc(), too). That means that changes in the
+   implementation must be accompanied with appropriate changes of the test
+   driver. It does *not* make a good regression tester for the implementation,
+   I am afraid, and thus there is no REGTEST equivalent.
+*/
+
+int main( void )
+{
+#ifndef REGTEST
+    void * ptr1, * ptr2, * ptr3, * ptr4, * ptr5, * ptr6, * ptr7, * ptr8, * ptr9, * ptrA, * ptrB, * ptrC;
+
+    pages_start = _PDCLIB_allocpages( 0 );
+    PRINT( "\nEffective is: %#.4x\nsizeof( memnode ) is: %#.2x\n\n", EFFECTIVE, sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ); 
+
+    /* Allocating 10 bytes; expecting one page allocation and a node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr1, 10 ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating 10 bytes.", 1,
+               sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + 10, EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - 10,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating the rest of the page; expecting no page allocation and assignment of the remaining node */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr2, EFFECTIVE - 10 - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating the rest of the page.", 1,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating a full page; expecting one page allocation, no node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr3, EFFECTIVE ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating a full page.", 2,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating *almost* a full page; expecting one page allocation, no node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr4, EFFECTIVE - 4 ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating *almost* a full page.", 3,
+               0 ) );
+
+    /* Freeing and re-allocating the "almost" full page; expecting no page allocation, no node split */
+    free( ptr4 );
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr5, EFFECTIVE - 4 ) );
+    TESTCASE( ptr4 == ptr5 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Freeing and re-allocating the \"almost\" full page.", 3 ) );
+
+    /* Freeing the full page from test #3; expecting a full-sized free node. */
+    free( ptr3 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Freeing the full page from test #3.", 3,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating two full pages; expecting two page allocations, no node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr3, EFFECTIVE + _PDCLIB_PAGESIZE ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating two full pages.", 5,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               0 ) );
+
+    /* Re-allocating to size of 10 bytes; expecting no page allocation, no node split */
+    /* TODO: Shouldn't realloc() split the now much-too-large node? */
+    TESTCASE( realloc( ptr3, 10 ) == ptr3 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Re-allocating to size of 10 bytes.", 5,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               0 ) );
+
+    /* Re-allocating to size of two full pages; expecting no page allocation, no node split */
+    TESTCASE( realloc( ptr3, EFFECTIVE + _PDCLIB_PAGESIZE ) == ptr3 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Re-allocating to size of two full pages.", 5,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               0 ) );
+
+    /* Re-allocating to size of three full pages; expecting three page allocation, freeing of two-page node */
+    TESTCASE( realloc( ptr3, EFFECTIVE + _PDCLIB_PAGESIZE * 2 ) != ptr3 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Re-allocating to size of three full pages.", 8,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 3, EFFECTIVE + _PDCLIB_PAGESIZE,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating two full pages; expecting allocation of the available two-page node */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr4, EFFECTIVE + _PDCLIB_PAGESIZE ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating two full pages.", 8,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating zero bytes; expecting no change */
+    TESTCASE( ! MEMTEST( ptr6, 0 ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating zero bytes.", 8,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1, EFFECTIVE,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating 4 bytes; expecting upsizing of requestupsizing of size, node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr7, 4 ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating 4 bytes.", 8,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1 + _PDCLIB_MINALLOC + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ),
+               EFFECTIVE - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ),
+               0 ) );
+
+    /* Allocating the rest of the page; expecting no page allocation and assignment of the remaining node */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr8, EFFECTIVE - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating the rest of the page.", 8, 0 ) );
+
+    /* Freeing the node from the previous test; expecting node to re-appear in free list */
+    free( ptr8 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Freeing the node from the previous test.", 8,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1 + _PDCLIB_MINALLOC + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ),
+               EFFECTIVE - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ),
+               0 ) );
+
+    /* Allocating one byte more than available in free node; expecting page allocation */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptr8, EFFECTIVE + 1 - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating one byte more than available in free node.", 9,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 1 + _PDCLIB_MINALLOC + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ),
+               EFFECTIVE - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ),
+               0 ) );
+
+    /* Re-allocating with NULL pointer; expecting no page allocation, no node split */
+    ptr9 = realloc( NULL, EFFECTIVE - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) );
+    TESTCASE( ptr9 != NULL );
+    TESTCASE( memset( ptr9, 0, EFFECTIVE - _PDCLIB_MINALLOC - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) ) == ptr9 );
+    TESTCASE( test_nodes( "Re-allocating with NULL pointer.", 9, 0 ) );
+
+    /* Allocating a bit more than half a page; expecting page allocation, node split */
+#define TESTSIZE 3000
+    TESTCASE( MEMTEST( ptrA, TESTSIZE ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating a bit more than half a page.", 10,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 9 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating a bit more than half a page; expecting page allocation, node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptrB, TESTSIZE ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating a bit more than half a page.", 11,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 9 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 10 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               0 ) );
+
+    /* Allocating a bit more than half a page; expecting page allocation, node split */
+    TESTCASE( MEMTEST( ptrC, TESTSIZE ) );
+    TESTCASE( test_nodes( "Allocating a bit more than half a page.", 12,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 9 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 10 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 11 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               0 ) );
+
+    /* Freeing the middle node */
+    free( ptrB );
+    TESTCASE( test_nodes( "Freeing the middle node.", 12,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 9 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 10 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 11 + sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) + TESTSIZE,
+               EFFECTIVE - sizeof( struct _PDCLIB_memnode_t ) - TESTSIZE,
+               _PDCLIB_PAGESIZE * 10,
+               TESTSIZE,
+               0 ) );
+
+#else
+    puts( " NOTEST malloc() test driver is PDCLib-specific." );
+#endif
+    return TEST_RESULTS;
 }
+
+#endif