数据结构动态存储管理共29页
数据结构动态存储管理
数据结构动态存储管理动态存储管理是计算机科学中一个重要的主题，它涉及到了如何有效地管理计算机内存的分配和释放。
在计算机程序中，为了存储数据和指令，计算机需要使用内存。
内存是计算机中最宝贵的资源之一，因此有效地管理内存是非常重要的。
本文将介绍几种常见的动态存储管理方法，包括分区分配、固定分区分配、动态分区分配和虚拟内存管理等。
首先，我们来介绍分区分配方法。
这种方法将内存划分为若干个固定大小的区域，每个区域只能分配给一个进程使用。
这种方法简单直接，但是会造成内存空间的浪费。
例如，一个进程可能只需要很小的内存空间，但是由于分区大小固定，它可能被分配一个较大的分区，导致其他进程无法得到足够的内存。
因此，分区分配方法适用于较小型的系统，对于大型系统来说不太适用。
接下来是固定分区分配方法。
这种方法将内存划分为若干个固定大小的区域，每个区域只能分配给一个进程使用。
不同于分区分配方法，固定分区分配方法中的分区大小可以根据不同的进程需求来设置。
这样可以减少内存空间的浪费，但是仍然存在固定分区大小可能不适应所有进程需求的问题。
然后是动态分区分配方法。
这种方法将内存划分为若干个不同大小的区域，每个区域可以根据需要分配给不同的进程使用。
与固定分区分配方法不同，动态分区分配方法中的分区大小可以根据进程需求动态调整。
当一个进程请求内存时，动态分区分配方法会根据可用内存的大小选择一个合适的分区来分配给该进程。
这样可以提高内存利用率，减少内存空间的浪费。
最后是虚拟内存管理方法。
虚拟内存是一种将物理内存和磁盘空间结合起来使用的技术。
虚拟内存管理方法将内存划分为若干个固定大小的页面或帧，并将磁盘空间划分为若干个固定大小的页面或块。
当一个进程请求内存时，虚拟内存管理方法会将页面从磁盘加载到内存中，并将多余的页面移出内存，存放在磁盘空间中。
这样可以实现多个进程共享物理内存，并且可以使得进程能够访问比物理内存更大的地址空间。
虚拟内存管理方法虽然复杂，但是可以提高内存利用率和系统的性能。
cunit动态内存分配与数据结构实用PPT课件
7.1.1自由存储区内存的分配与释放
动态分配数组的特点：
1. 变量n在编译时没有确定的值，而是在运行中输入，按运行 时所需分配空间，这一点是动态分配的优点，可克服数组 “大开小用”的弊端，在表、排序与查找中的算法，若用 动态数组，通用性更佳。delete [ ]pc是将n个字符的空间释 放，而用delete pc则只释放了一个字符的空间；
char *pName; //为了演示深复制，不用string类 public:
student(); //默认构造函数 student(char *pname); //带参数构造函数 student(student &s); //复制构造函数 ~student(); //析构函数 student & operator=(student &s); }; //复制赋值操作符
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7.1.2自由存储区对象与构造函数
类对象初始化：
new后面类（class）类型可以有参数。这些参数即构造函数的 参数。但对创建数组，则无参数，只能调用默认的构造函数。
【例7.3】演示自由存储区对象分配和释放。
由自由存储区创建对象数组，只能调用默认 的构造函数，不能调用其他任何构造函数。如果 没有默认的构造函数，则不能创建对象数组。
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7.1.3 浅复制与深复制
思考：
深入地考虑【例7.4】，如果数据域还有很多其他数 据，甚至有好几个是动态建立的C字符串，深复制是不是太 复杂了？如果使用C++标准字符串string作为成员对象（聚 合）是否就不需要考虑深复制了？ 的确是这样的，准确地说，string类的内部包含动态建立字 符数组的操作，其复制构造函数是深复制。如果在student 类中使用string类而不是C字符串，就不要再考虑深复制问 题了。也就是说，动态内存分配和深复制应该放在一个适当 的层面上，一个更单纯的类定义中，如string类。在使用中， 把它作为一个成员对象，就像使用string类对象那样。
第8章动态存储管理
第8章动态存储管理第8章动态存储结构8.1在伙伴系统中的伙伴是指任意两块大小相同、位置相邻的内存块。
这种说法对吗？【解答】不对。
只有同一内存块分裂的两块才互称伙伴。
8.2最佳适配法与最先适配法相比，前者容易增加闲置空间的碎片。
这种说法对吗？【解答】对。
8.3设内存中可利用空间已连成一个单链表，对用户的存储空间需求，一般有哪三种分配策略？【解答】首次拟合法；从链表头指针开始查找，找到第一个大于等于所需空间的结点即分配。
最佳拟合法：链表结点大小增序排列，找到第一个大于等于所需空间的结点即分配。
最差拟合法：链表结点大小逆序排列，总从第一个结点开始分配，将分配后结点所剩空间插入到链表适当位置。
首次拟合法适合事先不知道请求分配和释放信息的情况,分配时需查询,释放时插在表头。
最佳拟合法适用于请求分配内存大小范围较宽的系统,释放时容易产生存储量很小难以利用的内存碎片,同时保留那些很大的内存块以备将来可能发生的大内存量的需求，分配与回收均需查询。
最差拟合法适合请求分配内存大小范围较窄的系统,分配时不查询,回收时查询,以便插入适当位置。
8.4计算起始二进制地址为011011110000，长度为4（十进制）的块的伙伴地址是多少？【解答】0110111101008.5地址为（1664）10大小为（128）10的存储块的伙伴地址是什么？地址为（2816）10大小为（64）10的存储块的伙伴地址是什么？【解答】（1）buddy(1664,7)=1664-128=1536（2）buddy(2816,6)=2816+64=28808.6 试叙述动态存储分配伙伴系统的基本思想，它和边界标识法不同点是什么？【解答】动态存储分配伙伴系统的基本思想是：在伙伴系统中，无论占用块或空闲块，其大小均为2的k(k为≥0的正整数)次幂。
若内存容量为2m，则空闲块大小只能是20，21，22，…，2m。
由同一大块分裂而得的两个小块互称“伙伴空间”，如内存大小为210的块分裂成两个大小为29的块。
数据结构-第8章动态存储管理
head
llink
tag
size
rlink
space
foot uplink tag
2. 分配算法： （采用首次拟合法） 约定（1）余量的处理 （2）PAV的移动 如图8.6所示。P200 算法描述： space allocboundtag(space *pav,int n) for(p=pav;p&&p->size<n &&p->rlink!=pav;p=p->link); if(!p|| p->size<n) return 0 else { f=footloc(p); pav=p->rlink; if(p->size-n<e) if(pav==p) pav=0
8.5 无用单收集 8.6 存储紧缩 略
else { pav->llink=p->link;p->llink->rlink=pav;} p->tag=f->tag=1;} else {f->tag=1; p->size-=n; f=footloc(p); f->tag=0,f->uplink=p; p=f+1; p->tag=1;p->size=n} return p }} 算法8.1
动态存储管理的基本问题：分配与回收 动态存储分配过程：
系统运行初期
系统运行一段时间后
分配处理：（1）从高地址空闲块中进行分配。 （2）在整个内存中找一合适的空闲块。
可利用空间表结构： （1）目录表 （2）链表
起始地址内存大小使用 Nhomakorabea况10，000 31，000 59，000
15，000 8，000 41，000
动态存储管理.ppt
else { //p指向找到的空闲块 f = FootLoc (p); //指向底部 pav = p－>rlink; //pav指向*p结点的后继结点 if (p－>size－n <= e) { //整块分配，不保留<=e的剩余量 if (pav = = p) //可利用空间表变为空表 pav = NULL; else { //在表中删除分配的结点 pav－>llink = p－>llink; p－>llink－>rlink = pav; } // else p－>tag = f－>tag = 1; //修改分配结点的头部和底部标志 } // if
例如，某动态存储管理系统中的用户请求分配2个字、4个字 或8个字的内存块，则系统建立3个结点大小分别为3个字、5个 字或9个字的链表，它们的表头指针分别为av2、av4和av8。如 图8.3所示。
tag type link
value 0 tag = 1 type = 0 1 2 (a) 占用块 结点大小为2个字 结点大小为4个字 结点大小为8个字 结点结构 空闲块
else { //分配该块的后n个字 f－>tag = 1; //修改分配块的底部标志 p－>size －= n; //置剩余块大小 f = FootLoc (p); //指向剩余块底部 f－>tag = 0; f－>uplink = p; //设置剩余块底部 p = f + 1; //指向分配块头部 p－>tag = 1; p－>size = n; //甚至分配块头部 } return p; } // else } // AllocBoundTag （3）例子 例如，图8.5(b)所示可利用空间表在进行分配之后的状态 如图8.5(c)所示。 (ppt15和16页)
数据结构动态存储管理
数据结构动态存储管理在计算机科学的广袤世界中，数据结构就像是一座座精心设计的仓库，用于存储和组织各种数据。
而动态存储管理则是赋予这些仓库灵活性和适应性的关键技术，让它们能够根据数据的变化和需求进行自动调整和优化。
想象一下，我们正在编写一个程序来处理大量不断变化的数据。
如果我们使用固定大小的存储空间，就好像给一个不断成长的孩子准备了一件永远不会变大的衣服，很快就会发现空间不够用或者浪费了大量的闲置空间。
这时候，动态存储管理就像是一位神奇的裁缝，能够根据实际需求随时裁剪和拼接布料，为数据提供恰到好处的存储空间。
动态存储管理的核心在于能够在程序运行时动态地分配和释放内存空间。
这意味着我们不需要在程序开始时就精确地预测需要多少内存，而是可以根据数据的实际增长或收缩情况来灵活调整。
例如，在处理一个未知大小的数组时，我们可以在需要的时候逐步增加数组的长度，而不是一开始就分配一个巨大但可能大部分都用不上的数组空间。
常见的动态存储管理方式包括堆存储和栈存储。
堆存储就像是一个自由市场，程序员可以根据需要自由地申请和释放内存块。
但这种自由也带来了一定的管理复杂性，如果不小心使用，可能会导致内存泄漏（即申请的内存没有被释放，导致资源浪费）或者内存碎片（即内存空间被分割成许多不连续的小块，难以有效利用）。
栈存储则更像是一个有序的自助餐厅，数据按照后进先出的原则进行存储和取出，管理相对简单，但灵活性相对较低。
为了实现高效的动态存储管理，我们需要一些策略和算法来优化内存的分配和释放。
比如，常见的内存分配算法有首次适应算法、最佳适应算法和最差适应算法。
首次适应算法会从内存的起始位置开始查找，找到第一个满足需求的空闲块进行分配；最佳适应算法则会寻找大小最接近需求的空闲块，以减少内存的浪费；最差适应算法则相反，会选择最大的空闲块进行分配。
不同的算法在不同的场景下各有优劣，需要根据具体的应用需求来选择。
在实际编程中，动态存储管理还需要考虑到多线程和并发操作的情况。
第八章动态储存管理
8.1 动态存储管理概述
动态存储管理的基本问题 1. 如何根据用户提出的“请求”来分配内存。 2. 如何收回被用户“释放”的内存，以备新的“请求”产生时重 新进行分配。
8.1 动态存储管理概述
存储原理 计算机内存在刚工作时，空闲部分是一个整块的连续区域； 不断运行程序，多次申请和释放内存以后，空闲内存不再连续， 形成多个不连续的空闲区。 动态存储管理：指系统随机地根据用户程序申请空间的大小， 进行分配空间和回收不用空间所进行的内存管理。 占用块：将系统已分配给用户使用的地址连续的内存区域为 “占用块”； 空闲块：称未曾分配的地址连续的内存区为“空闲块”。
8.2 可利用空间表及分配方法
1. 首次拟合法 分配找到的第一个不小于n的空闲块的一部分。 操作方便，查找快捷；
2. 最佳拟合法 分配不小于n且最接近n的空闲块的一部分。 尽可能将大的空闲块留给大程序使用；
3. 最坏拟合法 分配不小于n且是最大的空闲块的一部分。 尽可能减少分配后无用碎片；
31000 59000
10000 0 15000
15000 8000 41000
空闲 空闲 空闲
31000 0 8000
59000 0 41000 ^
8.2 可利用空间表及分配方法
本节主要讨论利用可利用空间表进行动态存储分配的方法。目 录表法比较简单，在《操作系统》课程中已详细介绍。本节仅讨论 链表方法分配内存。
8.3 边界标识法
用以进行动态分区分配的一种管理方法 节点结构
head llink tag size rlink
space
foot uplink tag 可利用空间表中的节点结构图
数据结构-动态存储管理
8.1 概述
程序执行过程中，(数据)结构中的每一个数据元素 都对应一定的存储空间，数据元素的访问都是通过对应 的存储单元来进行的。存储空间的分配与管理是由操作 系统或编译程序负责实现的，是一个复杂而又重要的问 题，现代的存储管理往往采用动态存储管理思想。
动态存储管理：如何根据“存储请求”分配 内存空间？如何回收被释放的(或不再使用的)内 存空间？
为了再分配时查找方便起见，我们将所有大小相同 的空闲块建于一张子表中。每个子表是一个双重链表， 这样的链表可能有m+1个，将这m+1个表头指针用向量 结构组织成一个表，这就是伙伴系统的可利用空间表。 可利用空间表的数据类型描述如下：
}
8.3.3 回收算法
当用户释放占用块，系统需立即回收以备新的请求 产生时进行再分配。关键的是使物理地址毗邻的空闲块 合并成一个尽可能大的结点，则需检查刚释放的占用块 的左、右紧邻是否为空闲块。
假设所释放的块的头地址为p，则与其低地址紧邻 的块的底部地址为p-1；与其高地址紧邻的块的头地址 为p+p->size，它们中的标志域就表明了两个相邻块的使 用状况：
⑷ 释放块的左、右邻块均为空闲块
和左、右邻块合并成一个大的空闲块结点，改变左 邻块的size域及重新设置(合并后)结点的底部。 n=p->size ; s=(p-1)->uplink ; t=p+p->size ; s->size+=n+t->size ; q=t->llink ; q1=t->rlink ; q->rlink=q1 ; q1->llink=q ; FootLoc(t)->uplink=s;
C语言动态数据结构PPT课件
空间，并将该空间的首地址送入指 向整型数据的指针变量p中。
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(2)申请一个存放字符型数据的空间，并为该空间 赋初值‘a’： 语句格式： p = new char(‘a’)； 执行结果：开辟了一个字节大小的空 间，并将该空间的首地址送入指向 字符型数据的指针变量p中。P所指 空间中的数据值为字符 ’a’ 。
2．calloc函数
• calloc函数是 C的标准函数之一。原型定义在 malloc.h文件中。
• 原型为： • void *calloc(unsigned int n , unsigned
int size); • 其作用是向系统申请 n 个大小为size 个字节的
连续存储空间，返回值为一个指向void类型的 分配域起始地址的指针值。如果此函数操作失 败，返回值为空。可以为一维数组开辟一片连 续的动态存储空间。
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2．delete 运算符：
• delete 运算符是c++中的提供的实现动态内存 释放功能的运算符，类似于标准库函数 free。
• 一般格式为：delete 名字指针；例如： • (1)释放一个存放整数的空间：
• 如果 p = new int；则释放一个存 放整数的空间的语句为：delete p;
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• realloc 函数主要的用于当原分配空间已被占 满，而新的数据又要加入到该空间时的状况。 它的优点是可以自动地将原空间的内容全部传 递到新空间中，不必程序员再编语句来实现。 缺点是一旦新空间申请失败，原空间的内容也 将丢失。对这一点，使用时应加以注意。
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数据结构课件第8章
三种分配策略：首次拟合法；最佳拟合法；最差拟合法。
存储管理是一个既复杂而又重要的问 题。在后续课程——操作系统和编译技术 （或方法、原理）中，将对其作较深入的 研究。在数据库技术中，也涉及大量有关 存储管理的问题。本章仅就动态存储管理 方面的一些基本技术进行讨论。
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8.1 概述
● 动态存储管理的基本问题与解决途径 动态存储管理的基本问题
(1) 如何按用户提出的“请示”分配内存？ (2) 如何回收那些用户不再使用而“释放”的内存，以 备新的“请示”产生时重新进行分配？
8.2 可利用空间表及分配方法
8.2.1 可利用空间表的结构形式 ● 结构形式二：建立若干个可利用空间表，同一链表中的结点
大小相同。不同链表中的结点大小，一般成倍数关系。
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示例2 有三种大小结点 （设结点大小分 别为2,4,8个字） 的可利用空间表 的结点结构及其 可利用空间表。
18,000
分配给用户的占用块
1 7,000
8.2 可利用空间表及分配方法
8.2.2 分配策略 ● 最佳拟合法：
从空闲块链表中找出能满足用户请求容 量的最小空闲块。 显然这是一种较好的方法，但为了满足某个请示分配，需要对 空闲块链表从头至尾扫描，时间开销大。 最佳空闲块 示例5 上例，若采用最佳拟合法，则可得
8.2 可利用空间表及分配方法
8.2.2 分配策略 ● 首次拟合法：