【C++编程题】内存管理（模拟）

【问题描述】

       离第一个操作系统HNU-OS发布已经没有多少时间了，但它的一些组件还没有完成，内存管理器就是其中之一。根据开发人员的计划，在第一个版本中，内存管理器将非常简单和直观。它将支持三个操作： 

• alloc n —— 分配n个字节内存，返回已分配块的正整数标识符x(x初始值为0，每次分配增长1)

• erase x —— 删除标识符x所在的块

• defragment —— 整理空余内存碎片，将所有块尽量靠近内存的开始位置，并保持各自的顺序

       在此情况下，内存模型非常简单，它是一个m字节的序列，为了方便起见，从第一个字节到第m字节进行编号。

       第一个操作alloc n有一个参数n，表示被分配的内存块大小。在处理此操作时，内存中将分配n个连续字节的空闲块。 如果这些块的数量超过一个，则优先选择最接近内存开始(即第一个字节)的块。 所有这些字节都被标记为非空闲，内存管理器返回一个32位整数数字令牌，代表该块的标识符。 如果不可能分配这样大小的空闲块，则返回NULL。

       第二个操作erase x以x为参数，表示某个块的标识符。此操作释放系统内存，将此块的字节标记为空闲以供进一步使用。 如果此标识符没有指向先前分配的块(该块尚未被释放)，则返回ILLEGAL_ERASE_ARGUMENT。

       最后一个操作defragment没有任何参数，只会使占用的内存部分更接近内存的开始，而不会更改它们各自的顺序。 

       在当前的实现中，将使用从1开始的连续整数作为标识符。每个成功的alloc操作过程都应该返回接下来的编号。不成功的alloc操作不影响计数。 

       编写内存管理器的实现，为每个alloc命令输出返回的值，为所有失败的erase命令输出ILLEGAL_ERASE_ARGUMENT。 

【输入形式】

       输入数据的第一行包含两个正整数t和m（1<=t<=500, 1<=m<=105)，其中t表示需要内存管理器来处理的操作个数，m表示有效的内存字节大小。接下来的t行每一行代表一个操作。
【输出形式】

       输出有多行，每行或者是alloc操作的结果，或者是失败的erase操作的结果ILLEGAL_ERASE_ARGUMENT。其顺序与输入的操作次序一致。

【样例输入】

6 10
alloc 5
alloc 3
erase 1
alloc 6
defragment
alloc 6

【样例输出】

1
2
NULL
3

【解题思路】

1.模拟内存空间：

由于数据量可能比较大，用vector<int>来作为内存空间；表示内存是否空闲，若为空闲，则标记为0，否则标记被占用的内存块的标识符x；(比如在x=2时插入内存，就标记这个位置为2)

2.模拟占用内存操作

        1）寻找空闲内存段

        遍历vector，寻找第一个空闲位置，记录由它开始的最长空闲内存段，如果足够使用，则将这段内存块起始位置记录下来；如果不够，则继续往下找，直到遍历到了最后一个位置（此时无法插入新内存，返回NULL）

         2)标记内存段

              从记录的起点开始的长为所需大小的内存，标记上当前标识符数字，表示该                                  段内存被标识符x所占用

          3）标识符更新

3.模拟清除内存操作

         以标识符为参数，寻找内存中标记为x的内存位，将其标识为0，表示清空

         若遍历vector仍未找到该标识符，则返回清楚无效

4.模拟内存整理操作

因为vector长度实际上是“无限的”，只是有规定的size约束内存大小；因此在进行内存块的迁移时，只要将所有的空闲位置删除，那么所有内存块就会靠近起始的位置

5.各项操作的输出：用flag作为标记操作的成功与否，对应进行输出

【AC代码】

#include<iostream>
#include<string>
#include<cmath>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

void alloc(vector<int>& v,int a_size,int &x){
	
	
	int flag=0;
	int st=0;
	for(int i=0;i<v.size() ;i++){
		if(v[i]==0) {
			int num=0;
			for(;i<v.size() ;i++){
				if(v[i]==0) 				
				num++;               
				else
				break;
					
				if(num==a_size) {
					st=i;
					flag=1;
					break;
				}
			} 
		}
		if(flag==1) break;
	}
	
	if(flag==0){
		cout<<"NULL"<<'\n';
	}
	else{
	st=st-a_size+1;
	x++; 
	for(int i=st;i<st+a_size;i++)  v[i]=x;
	 cout<<x<<'\n';
	}	
}

void erase(vector<int>& v,int x){
	bool flag=0;
	for(int i=0;i<v.size() ;i++){
		if(v[i]==x) {
		v[i]=0;
		flag=1;
		}
	}
	
	if(!flag) cout<<"ILLEGAL_ERASE_ARGUMENT"<<'\n';
}

void defragment(vector<int>&v,int& x){
//////////////////使用删除0  末尾补零的操作

int s=v.size() ;
for(int i=0;i<v.size() ;i++){	
	
	if(v[i]==0){
		v.erase(v.begin() +i);
		//	v.push_back(0);          //不能在里面加 会边加边删除 
		i--;            			 //i成为新的0了！因为前移了一位 
	}
} 
	while(v.size() < s) v.push_back(0);
}

int main(){
int n;
int a_size;
cin>>n;
cin>>a_size;
int x=0;
vector<int> v(a_size);
for(int i=0;i<v.size() ;i++) v[i]=0;
int e_times=0;

while(n--){

string s;
cin>>s;
if(s=="alloc") {
	int one_size;
	cin>>one_size;
	alloc(v,one_size,x);
}else if(s=="erase"){
	int e;
	cin>>e;
	erase(v,e);
	e_times++;
}else{
	defragment(v,e_times);
}

//for(int i=0;i<v.size();i++) cout<<v[i]<<" ";
//cout<<endl;
}	
} 

【写在后面】 

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