采用首次适应算法的动态分区分配模拟课程设计实验报告

1 需求分析
1）本程序要求实现对内存的动态分配与回收的模拟，同时，在内存的分配时还必须使用首次适应算法，最后，还要显示内存块分配和回收后空闲内存分区链的情况。

2）要实现对作业的内存分配，首先要有一个对作业进行创建和分配内存的模块，其中，该模块在分配内存时要使用首次适应算法；要实现对内存的回收，要有一个内存回收的模块，其中，该模块在回收内存时要考虑内存回收的四种情况；最后，还要有一个能显示内存空闲分区链的情况的模块。

2 概要设计
1）首次适应算法的结构如图1：
图1 首次适应算法的结构图
2）数据结构：
struct Fq
{
int size,o,no;
Fq *before,*next;
};
其中，Fq表示结构体的名字（类型），size表示分区的可用空间大小，o表示该分区的状态（是否已分配），no表示该分区中的作业标志，*before表示该结点的向前指针，*next表示该结点的向后指针。

3）各种函数说明：
void alloc(int b,int no,Fq *p)；
对作业no进行内存分配的功能函数；其中，参数b表示需求的内存大小，参数no表示作业的编号，参数*p表示空闲分区链的第一个非空结点的指针；
void free(Fq *c)；
将地址为c的分区的内存回收；其中，参数*c表示要回收内存的结点；
void create(Fq *head)；
创建新作业的子函数；其中，参数*head表示空闲分区链的链首指针；要配合函数alloc（）使用；
void cha(Fq *head)；
查看内存中的空闲分区链的子函数；其中，参数*head表示空闲分区链的链首指针；
void hui(Fq *head)；
回收内存的子函数；其中，参数*head表示空闲分区链的链首指针；要配合函数free（）使用；
3 运行环境
1）操作系统: Windows XP ( 32位 / DirectX 11 )
2）电脑: X86 兼容台式电脑
处理器: 英特尔 Pentium(奔腾) 双核 E5300 @ 2.60GHz
内存: 2 GB
4 开发工具和编程语言
1）开发工具：Visual C++ 6.0；
2）编程语言：C++语言；
5 详细设计
1）程序结构如图2：
图2 程序结构图
2）●主菜单模块：
void main()//主函数
{
Fq *head=new Fq;head->next=new Fq;
head->next->size=MAXSIZE;
head->next->o=0;
head->next->next=NULL;
int choice=0;
do
{
cout<<"请选择你要进行的操作："<<endl;
cout<<"1、创建新作业 2、查看空闲分区链 3、回收内存空间 0、退出"<<endl;
cin>>choice;
switch(choice)
{
case 1: create(head);break;
case 2: cha(head);break;
case 3: hui(head);break;
case 0: break;
default: cout<<"输入错误！"<<endl;
}
}while(choice!=0);
}
●创建新作业模块：
void create(Fq *head)//创建作业子函数
{
Fq *p=head->next;p->before=head;
int no=0,b=0;
cout<<"请输入要创建的作业的编号：";cin>>no;
cout<<"请输入作业的需求空间大小：";cin>>b;
alloc(b,no,p);//此处调用功能函数alloc()
}
●查看空闲分区链模块：
void cha(Fq *head)//查看内存中的空闲分区链的子函数
{
Fq *p=head->next;p->before=head;
int i=0;
cout<<"空闲分区链的情况为："<<endl;
while(p!=NULL)
{
if(p->o==0)
{
cout<<"空闲分区"<<++i<<" "<<p->size<<"K"<<endl;
}
p=p->next;
}
}
●回收内存空间模块：
void hui(Fq *head)//回收内存的子函数
{
Fq *p=head->next;p->before=head;
int no=0;
cout<<"请输入要回收内存的作业号：";cin>>no;
while(p!=NULL)
{
if(p->no==no)
{
free(p);//此处调用功能函数free()
cout<<"作业"<<no<<"的内存已回收！"<<endl;
return ;
}
else p=p->next;
}
}
●内存分配功能函数模块：
void alloc(int b,int no,Fq *p)//对作业no进行内存分配的子函数{
while(p!=NULL)
{
if(p->o==1) {p=p->next;}
else
{
if(p->size>b)
{
if(p->size-b<=min_size)
{
p->o=1;p->no=no;
}
else
{
Fq *q=new Fq;Fq *r;
r=p->before;
r->next=q;q->before=r;
q->next=p;p->before=q;
q->size=b;
p->size=p->size-b;
q->no=no;
q->o=1;
}
cout<<"内存分配成功！"<<endl;
return ;
}
else p=p->next;
}
}
cout<<"内存分配失败！"<<endl;
}
●内存回收功能函数模块：
void free(Fq *c)//将地址为c的分区内存回收
{
if(c->before->o==0&&c->next->o==0)
{
Fq *r=c->before,*s=c->next->next;
r->size=(r->size+c->size+c->next->size);
r->next=s;
if(s!=NULL) s->before=r;
}
if(c->before->o==0&&c->next->o!=0)
{
c->before->size=c->before->size+c->size;
c->before->next=c->next;c->next->before=c->before;
}
if(c->next->o==0&&c->before->o!=0)
{
Fq *r=c->next->next;
c->size=c->size+c->next->size;
c->next=c->next->next;
if(r!=NULL) r->before=c;
c->o=0;
}
else c->o=0;
}
6 调试分析
1）内存分配功能函数模块：刚开始对作业分配内存时，只是将空闲分区的大小以及前后向指针进行修改，而没有对分配给作业的内存进行设置；这样，尽管内存的空闲分区大小已经变小，但是，以后却无法对已分配的内存空间以及作业进行修改；于是，我经过思考后，决定将分配给作业的内存空间也设置为一个分区，只不过不是空闲的分区，通过状态标识符o来与空闲分区进行区别。

2）回收内存空间模块：刚开始编写此模块的代码时，我有一种无从下手的感觉；因为，如果要回收某个作业的内存，那么必须知道该作业所在的内存中的位置；但是，刚开始我用的数据结构中只有表示内存状态的属性（分区可用空间大小，状态标识符，前后向指针），这样就不能对特定的作业进行操作；最后，我经过思考决定在内存的数据结构中增加一项，即作业标识符，用来保存分区中的作业信息，从而达到查找特定作业所在内存分区的目的。

3）在编写代码的过程中，我还遇到了一些小的问题；比如，对链表进行操作时，老是出现错误，不能对链表进行正确的操作等；这些问题与我对链表的认识不够深入和准确有关，不过，通过这次程序的编写，进一步加深了我对链表的理解，对链表的运用也变得得心应手了。

7 测试结果
1）测试数据：
作业1申请130KB；作业2申请60KB；作业3申请100KB；作业2释放60KB；
作业4申请200 KB；作业3释放100 KB；作业1释放130 KB；作业5申请140 KB；作业6申请60 KB；作业7申请50KB；作业6释放60 KB
2）程序运行结果如图3、4所示：
图3 程序运行结果图
图4 程序运行结果图。