CN110727514A - 一种基于索引队列的内存管理方法以及嵌入式设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于索引队列的内存管理方法以及嵌入式设备，所述内存管理方法包括：在内存中创建多个索引项组成的索引队列，所述索引队列在索引数组内，创建多个数据项组成数据数组，并采用所述索引项访问所述数据项。通过由索引项组成的索引队列对内存进行管理，使得内存管理过程安全、不泄漏，相对于双向链表，索引队列不涉及指针操作，采用以上方案可以监视队列长度和首末项，并支持迭代器、随机访问和全局掌控。

Description

一种基于索引队列的内存管理方法以及嵌入式设备

技术领域

本发明涉及计算机领域，特别是指一种基于索引队列的内存管理方法以及嵌入式设备。

背景技术

在现有的嵌入式内存管理方法中，静态数组与双向链表是嵌入式操作系统中常见的两种内存管理方法。静态数组内存管理支持随机访问、顺序访问，插入、删除不方便，节点移动大量复制；双向链表内存管理不支持随机访问，插入、删除方便，节点移动不需要复制。这两种方法在处理大量数据在多个如插入、删除和移动等处理过程间来回处理的情况下存在效率较低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术采用静态数组与双向链表，在处理大量数据在多个如插入、删除和移动等处理过程间来回处理的情况下存在效率较低的问题，有鉴于此，本发明提供一种基于索引队列的内存管理方法以及嵌入式设备。

本发明提供一种基于索引队列的内存管理方法：在内存中创建多个索引项组成的索引队列，所述索引队列在索引数组内，创建多个数据项组成数据数组；所述索引项与所述数据项的数量一致，且具有一一对应关系；采用所述索引项访问所述数据项。

数据项仅用于数据读写；索引项用于维护数据之间的集合关系，索引项在索引队列中的先后顺序表示数据之间的有序关系。

所述索引项包括：指向对应的所述数据项所在的数组下标；指向所述索引项相邻的上一个索引项的数组下标；指向所述索引项相邻的下一个索引项的数组下标；所在索引队列的属性。

优选的，所述创建之后，还包括以下初始化操作：建立所述索引数组和数据数组，建立所述索引项和所述数据项之间的一一对应关系；填写所述索引项的队列属性，生成所述空闲的索引队列。

优选的，所述访问过程之后，还包括：通过对所述索引项执行插入、删除和移动，调整相应的所述数据项。

优选的，所述插入操作，包括：找到一个待插入索引项，在对应的数据项写入数据内容，所述索引项来自所述索引队列；填写该索引项指向的数组下标和归属的索引队列属性，并建立所述索引项与相邻索引项的相互指向。

优选的，所述删除操作，包括：清除待删除索引项对应的待删除数据项的内容，并清除待删除索引项中指向相邻非待删除索引项的数组下标，填写待删除索引项的队列属性为空闲队列；修改待删除索引项的相邻非待删除索引项中，指向所述待删除索引项的数组下标，并建立所述相邻非待删除索引项的相互指向。

优选的，所述数据项的数量为一个时，所述移动操作，包括：修改待移动数据项对应的待移动索引项中指向移动前的相邻索引项的数组下标，建立所述待移动索引项和移动后的相邻索引项之间的相互指向，并同时修改所述待移动索引项的索引队列属性；修改待移动索引项的移动前的相邻索引项中，指向所述待移动索引项的数组下标，并建立所述移动前的相邻索引项的相互指向。

所述数据项的数量为多个时，所述移动操作，包括：将待移动的数据项组的首数据项对应的第一索引项，删除所述第一索引项中指向移动前相邻的上一个索引项的数组下标，并建立所述第一索引项与移动后相邻的上一个索引项的相互指向；将待移动的数据项组的尾数据项对应的第二索引项，删除所述第二索引项中指向移动前相邻的下一个索引项的数组下标，并建立所述第二索引项与移动后相邻的下一个索引项的相互指向；同时修改所述待移动索引项组中所有索引项的索引队列属性；修改待移动的所述索引项组的所述首数据项、和所述尾数据项的所述上一个索引项的数组下标和所述下一个索引项的数组下标，并建立所述移动前相邻索引项的相互指向。

本发明实施例还公开了一种嵌入式设备，包括处理器和内存，所述处理器用于在所述内存执行上述任一种内存管理方法。

优选的，本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，程序运行后，用于控制所述处理器在所述内存执行上述任一种内存管理方法。

与现有技术相比，本发明的实施例技术方案具有以下有益效果：

相对于双向链表，索引队列不涉及指针操作，索引项本质上还是数组下标，不会出现野指针；数据区和索引区的底层均为静态数组，不需要动态分配，不需要指针变量，因此对内存的管理更加安全、不容易泄漏。

支持迭代器，通过传入参数指针实现开放式迭代器，支持正向、反向迭代。

可以监视各个队列，队列长度、首末项均可以监测，支持对内存使用情况进行全局掌控。

支持通过索引项随机访问数据项。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例中内存管理方法流程示意图；

图2是本发明实施例中索引数组和数据数组的对应关系图；

图3是本发明实施例中索引数组由多个索引队列组成示意图；

图4是本发明实施例中初始化方法流程示意图；

图5是本发明实施例中索引队列属性示意图；

图6是本发明实施例中单个数据项插入前的内存示意图；

图7是本发明实施例中数据删除时清除指向关系后的内存示意图；

图8是本发明实施例中数据删除时建立指向关系后的内存示意图；

图9是本发明实施例中多个数据移动时清除指向关系后的内存示意图；

图10是本发明实施例中多个数据移动时清除并填写索引队列属性后的内存示意图；

图11是本发明实施例中多个数据移动时建立指向关系后的内存示意图；

图12为本发明实施例中模块框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的实施例包括一种基于索引队列的内存管理方法，图1给出了该内存管理方法流程图，参照图1，包括：

S11：在内存中创建多个索引项组成的索引队列，所述索引队列在索引数组内，创建多个数据项组成数据数组；所述索引项与所述数据项的数量一致，且具有对应关系；

S12：采用所述索引项访问所述数据项。

在实施例中，通过上述索引队列的索引项进行内存管理，相对于传统的双向链表而言，所述索引队列不涉及指针操作，索引项本质上还是数组下标，不会出现野指针；数据区和索引区的底层均为静态数组，不需要动态分配，不需要指针变量；从而使对内存的管理更加安全、不容易泄漏。

数据的存储载体为数据数组和索引数组，数据数组只用于存储数据，索引数组用于维护数据之间的顺序关系；所述索引项与所述数据项的数量一致，且具有一一对应关系，如图2所示；数据数组和索引数组均为预先分配的静态数组；

优选的，所述索引项包括：指向对应的所述数据项所在的数组下标；指向所述索引项相邻的上一个索引项的数组下标；指向所述索引项相邻的下一个索引项的数组下标；所在索引队列的属性。

优选的，索引队列的实现语言包括：Ada、C、C++、ASP、JSP、Python或PHP。

优选的，索引数组中的索引项与数据数组中的数据项数量一致，且具有一一对应关系；通过构建索引队列进行数据组织，每个索引项只能在一个索引队列中，见图3；

优选的，在实施例中，在利用索引队列对内存进行管理之前，首先要进行队列初始化，如图4所示，初始化主要完成3步操作：

S21.根据需求，创建空间足够的空索引数组和空数据数组，索引数组包括两个索引队列，分别为索引队列1和索引队列2；

S22.建立索引数组和数据数组之间的对应关系，如图2所示；

S23.填写索引项的队列属性，生成空闲队列。

优选的，通过上述的步骤进行初始化后，用户就可以利用索引队列对内存进行操作，常见的操作有插入、删除和移动。

优选的，在实施例中，单个数据项插入操作，包括：

找到一个待插入索引项，在对应的数据项写入数据内容，所述索引项来自所述索引队列；

填写该索引项指向的数组下标和归属的索引队列属性，并建立所述索引项与相邻索引项的相互指向。

优选的，在实施例中，索引队列属性包括：队列数据属性，队列定义属性，如图5所示。队列数据属性包括但不限于：更改日期和时间，创建日期和时间，获取状态，放入状态，已满百分比。队列定义属性包括但不限于：索引数组名称，索引队列类型，当前定义类型，索引队列名称。

优选的，在实施例中，索引队列属性还包括：队列句柄状态属性，队列历史记录属性，队列统计信息属性，队列状态属性。其中，队列句柄状态属性用来查看哪些操作来源打开了队列的最新数据；队列历史记录属性用来存储队列操作的历史记录；队列统计信息属性可创建情境来检测个别队列出现的问题；队列状态属性负责对各个队列进行实时监控。

优选的，在实施例中，数据数组存储的数据至少包括以下之一：数字，文字，图形和声音。

优选的，在实施例中，数组数据中的数字数据至少包括以下之一：周期数据、批次数据、数量数据、距离和方位角数据、噪声数据。

优选的，在实施例中，数组数据中的数字数据还至少包括以下之一：位置坐标数据、速度数据、加速度数据、落点预测数据。

除首末项之外的每个索引项包括：指向对应的所述数据项所在的数组下标；指向上一个索引项的数组下标；指向下一个索引项的数组下标。

以在图6中的数据项7之后插入数据项8为例，具体参见图3和图6，步骤如下：

S31：找到一个空索引项8i，如图6所示，在对应的数据项(数据项8)写入数据内容，该空索引项既可以从空闲队列取出，也可以从其它索引队列取出，在本实施例中，采用空闲队列取出的空索引项8i。

S32：填写该索引项8i的内容，所述内容包括：指向的上一个索引项的下标，即指向索引项7i的下标，建立索引项7i与索引项8i的相互指向，如图3所示，单向箭头代表索引项的指向关系，双向箭头表示索引项与数据项的一一对应关系。

经过以上2个步骤数据项插入完毕，插入后的内存示意图如图3所示。

优选的，在实施例中，数据项删除操作，包括：

清除待删除索引项对应的待删除数据项的内容，并清除待删除索引项中指向相邻非待删除索引项的数组下标，填写待删除索引项的队列属性为空闲队列；

修改待删除索引项的相邻非待删除索引项中，指向所述待删除索引项的数组下标，并建立所述相邻非待删除索引项的相互指向。

以删除图3中数据项5、数据项6和数据项7为例，具体参见图3、图7和图8，步骤如下：

S41：清除数据项5、6、7中的内容，并清除待删除索引项中指向相邻非待删除索引项的数组下标，即清除5i指向4i和7i指向8i的数组下标，清除内容之后的内存示意图如图7所示，单向箭头为此时索引项之间的指向关系，然后填写待删除索引项的队列属性为空闲队列，即将索引项5i、6i、7i加入到空闲队列；

S42：修改索引项4i指向的下一个索引项的下标，使其指向索引项8i；

S43：修改索引项8i指向的上一个索引项的下标，使其指向索引项4i；

经过以上3个步骤数据项5、6、7删除完毕，删除后的内存示意图如图8所示。

优选的，单个数据项移动操作，包括：

修改待移动数据项对应的待移动索引项中指向移动前的相邻索引项的数组下标，建立所述待移动索引项和移动后的相邻索引项之间的相互指向，并同时修改所述待移动索引项的索引队列属性；

修改待移动索引项的移动前的相邻索引项中，指向所述待移动索引项的数组下标，并建立所述移动前的相邻索引项的相互指向。

优选的，多个数据项移动操作，包括：

将待移动的数据项组的首数据项对应的第一索引项，删除所述第一索引项中指向移动前相邻的上一个索引项的数组下标，并建立所述第一索引项与移动后相邻的上一个索引项的相互指向；

将待移动的数据项组的尾数据项对应的第二索引项，删除所述第二索引项中指向移动前相邻的下一个索引项的数组下标，并建立所述第二索引项与移动后相邻的下一个索引项的相互指向；

以图3中在数据项4和数据项5之间插入数据项2和数据项3为例，具体参见图3、图9、图10和图11所示，步骤如下：

S51：清除待移动数据段对应的起始索引项与前一个索引项的相互指向，即清除索引项1i和索引项2i间的相互指向，此时的内存示意图如图9所示；清除待移动数据项对应的末尾索引项与后一个索引项的相互指向，由于索引项3i位于索引队列2的末尾，转入步骤S52；

S52：清除待移动数据段对应的索引项所在队列属性；

S53：填写待移动数据段对应的索引项所在队列属性，填写后的内存示意图如图10所示；

S54：建立移动数据段对应的起始索引项与待插入位置前一个索引项的相互指向，即建立索引项4i和索引项2i间的相互指向，建立待移动数据项对应的末尾索引项与待插入位置后一个索引项的相互指向，即建立索引项3i和索引项5i间的相互指向，此时的内存示意图如图11所示；由于索引项1i此时没有后一个索引项，因此不需要修改待移动的所述索引项组的所述首数据项、和所述尾数据项的所述上一个索引项的数组下标和所述下一个索引项的数组下标，并建立所述移动前相邻索引项的相互指向。经过以上4个步骤，多个数据项移动完毕，移动后的内存示意图如图11所示。

上述详细说明了多个数据项的移动过程，相比于单个数据项的移动过程，二者之间只是数据项数量差异，具体的移动过程并没有区别。

优选的，本发明实施例还公开了一种嵌入式设备，包括处理器和内存，所述处理器用于在所述内存执行上述任一种内存管理方法。

优选的，本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，程序运行后，用于控制所述处理器在所述内存执行上述任一种内存管理方法。

优选的，本发明的实施例还提供一种内存管理装置，参见图12，包括：

创建模块，用于在存储模块创建索引数组、数据数组和索引队列。

初始化模块，用于对索引队列进行初始化。

存储模块，用于存储数据和属性信息。

控制模块，用于控制索引项访问数据项，并对内存进行管理。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于索引队列的内存管理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S11.在内存中创建多个索引项组成的索引队列，所述索引队列在索引数组内，创建多个数据项组成数据数组；所述索引项与所述数据项的数量一致，且具有一一对应关系；

S12.采用所述索引项访问所述数据项。

2.根据权利要求1所述的一种内存管理方法，其特征在于，每个所述索引项包括：

指向对应的所述数据项所在的数组下标；

指向所述索引项相邻的上一个索引项的数组下标；

指向所述索引项相邻的下一个索引项的数组下标；

所在索引队列的属性。

3.根据权利要求2所述的一种内存管理方法，其特征在于，所述创建之后，还包括以下初始化操作：

建立所述索引数组和数据数组，建立所述索引项和所述数据项之间的一一对应关系；

填写所述索引项的队列属性，生成所述空闲的索引队列。

4.根据权利要求3所述的一种内存管理方法，其特征在于，所述访问过程之后，还包括：

通过对所述索引项执行插入、删除和移动，调整相应的所述数据项。

5.根据权利要求4所述的一种内存管理方法，其特征在于，所述插入操作，包括：

找到一个待插入索引项，在对应的数据项写入数据内容，所述索引项来自所述索引队列；

填写该索引项指向的数组下标和归属的索引队列属性，并建立所述索引项与相邻索引项的相互指向。

6.根据权利要求4所述的一种内存管理方法，其特征在于，所述删除操作，包括：

清除待删除索引项对应的待删除数据项的内容，并清除待删除索引项中指向相邻非待删除索引项的数组下标，填写待删除索引项的队列属性为空闲队列；

修改待删除索引项的相邻非待删除索引项中，指向所述待删除索引项的数组下标，并建立所述相邻非待删除索引项的相互指向。

7.根据权利要求4所述的一种内存管理方法，其特征在于，所述数据项的数量为一个；所述移动操作，包括：

修改待移动数据项对应的待移动索引项中指向移动前的相邻索引项的数组下标，建立所述待移动索引项和移动后的相邻索引项之间的相互指向，并同时修改所述待移动索引项的索引队列属性；

修改待移动索引项的移动前的相邻索引项中，指向所述待移动索引项的数组下标，并建立所述移动前的相邻索引项的相互指向。

8.根据权利要求4所述的一种内存管理方法，其特征在于，所述数据项的数量为多个；所述移动操作，包括：

将待移动的数据项组的首数据项对应的第一索引项，删除所述第一索引项中指向移动前相邻的上一个索引项的数组下标，并建立所述第一索引项与移动后相邻的上一个索引项的相互指向；

将待移动的数据项组的尾数据项对应的第二索引项，删除所述第二索引项中指向移动前相邻的下一个索引项的数组下标，并建立所述第二索引项与移动后相邻的下一个索引项的相互指向；

同时修改所述待移动索引项组中所有索引项的索引队列属性；

修改待移动的所述索引项组的所述首数据项、和所述尾数据项的所述上一个索引项的数组下标和所述下一个索引项的数组下标，并建立所述移动前相邻索引项的相互指向。

9.一种嵌入式设备，其特征在于，包括处理器、内存，所述处理器用于在所述内存执行权利要求1-8任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述程序运行后，控制如权利要求9所述的处理器在所述内存执行权利要求1-8任一种内存管理方法。

Images