首次拟合算法介绍

算法概述

首次拟合算法（First Fit Algorithm）是一种内存分配的算法，应用于操作系统内存管理中。该算法是将空闲内存分区按照空闲内存大小的先后次序排成一个链表，为了分配指定长度的内存块，只需找到第一个大小大于或等于该块的空闲分区并分配给该块即可。

算法流程：

1. 在一个链表中设置一个指向空闲内存块的指针；
2. 当系统中需要一块内存时，从空闲链表中找到第一个合适的内存块，即大小不小于请求大小；
3. 如果找到了可以满足请求的内存块，则将该块分配给请求；
4. 如果找不到，则返回分配失败。

程序示例

下面是一个C++实现的首次拟合算法程序示例：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

// 空闲内存块
struct FreeBlock {
    int start;
    int size;
};

// 内存分配
int malloc(list<FreeBlock>& freeList, int blockSize) {
    for (list<FreeBlock>::iterator it = freeList.begin(); it != freeList.end(); ++it) {
        if (it->size >= blockSize) {
            int start = it->start;
            int end = start + blockSize - 1;
            if (it->size == blockSize) {
                freeList.erase(it);
            } else {
                it->start = end + 1;
                it->size -= blockSize;
            }
            return start;
        }
    }
    return -1;
}

// 释放内存
void free(list<FreeBlock>& freeList, int start, int size) {
    int end = start + size - 1;
    bool done = false;
    for (list<FreeBlock>::iterator it = freeList.begin(); it != freeList.end(); ++it) {
        if (it->start > end) {
            freeList.insert(it, { start, size });
            done = true;
            break;
        } else if (it->start + it->size == start) {
            it->size += size;
            done = true;
            break;
        }
    }
    if (!done) {
        freeList.push_back({ start, size });
    }
}

int main() {
    // 初始空闲内存块
    list<FreeBlock> freeList = {
        { 0, 100 },
        { 150, 200 },
        { 400, 50 }
    };

    // 内存分配
    int addr1 = malloc(freeList, 80);
    if (addr1 != -1) {
        cout << "Allocate memory 1 at " << addr1 << endl;
    } else {
        cout << "Allocate memory 1 failed" << endl;
    }

    int addr2 = malloc(freeList, 100);
    if (addr2 != -1) {
        cout << "Allocate memory 2 at " << addr2 << endl;
    } else {
        cout << "Allocate memory 2 failed" << endl;
    }

    // 释放内存
    free(freeList, addr1, 80);
    cout << "Free memory 1" << endl;

    int addr3 = malloc(freeList, 40);
    if (addr3 != -1) {
        cout << "Allocate memory 3 at " << addr3 << endl;
    } else {
        cout << "Allocate memory 3 failed" << endl;
    }

    return 0;
}

程序中使用了STL中的list容器来存储当前的空闲内存块列表，malloc函数用于分配内存，free函数用于释放内存。程序执行的结果如下：

Allocate memory 1 at 0
Allocate memory 2 at 150
Free memory 1
Allocate memory 3 at 0

总结

首次拟合算法是一种简单实用的内存分配算法，适用于大多数情况。但是该算法会造成内存碎片的问题，会浪费许多小的空闲内存块。实际应用中，可能需要结合其他的内存分配算法，能够更好地满足不同应用的需求。