STL库的内存配置器（allocator）


正在学习中，如果有错，还请多多指教，根据不断的理解，会进行更改，更改之前的样子都会保留下来，记录错误是最大的进步，嗯嗯！

STL源码剖析简体中文完整版(高清晰扫描带目录)PDF 下载地址 

具有次配置力的SGI空间配置器（SGI是STL的一种版本，也有其他的版本）

这里我就不贴出来具体成员和接口的实现了，网上可以搜到STL的源码

C++中，new一个变量可以分为两个阶段，1.分配空间 2.调用构造函数；delete变量也分为两个步骤，1.调用析构函数 2.释放空间

SGI的alloc将这两部分分开，让空间的分配释放和构造析构由不同的函数调用，区分他们的操作

空间的分配和释放由alloc::alloclate()  alloc::dealloclate()实现 构造和析构由alloc::construct() alloc::destory()函数负责，他们在头文件

#include<stl_alloc.h> //负责内存空间的配置和释放 2 #include<stl_construct.h> //负责对象内容的构造和析构 这两个头文件都包含在#include<memory>当中

先讲一下析构和构造的大概思路　　

    • 这里提到一个概念_type_traits<T>（这是个模板），首先通过value_type()获得迭代器所指向对象的类型然后使用_type_traits进行类型判别，该对象是否是trivial（无关痛痒的） destructor，我对这里的理解是，当迭代器所指对象的类型为POD(Plain Old Data)类型（PS：POD类型可以理解为传统的C语言类型，就是int那一类的）是不需要专门调用析构函数的，等待系统自动释放int所占用的空间即可，但当迭代器所指对象的类型为string对象（或者是其他你自己写的类的对象），就不能依靠系统，需要调用专门的析构函数挨个析构。进行类型判别之后，就可以提高工作效率。（destory()对char*等类型也有相应的特化）
    • 构造函数就采用泛式构造，使用new进行构造
  • 下面讲一下我对空间的配置与释放的理解
    • C++对内存配置的基本操作依靠::operator new()和::operator delete()这两个全局函数，这两个函数只起到分配和释放内存的作用，并不会调用构造函数和析构函数，他们就相当于C语言中的malloc()和free()函数，SGI正是以malloc()和free()进行空间的管理
    • 为了解决内存碎片的问题（当不断地malloc空间时候，找到足够大小的空间就拿来用，不可避免的的会产生内存碎片），于是就有了内存池的概念（内存池就是系统实现给开辟出一大块空间等待使用，当需要空间的时候直接从内存池中取，当内存池中的内存也不够使用时，再去Heap中开辟新的空间注入到内存池当中）

下面就比较重要了，SGI空间配置器采用了两级配置器，分为第一级配置器和第二级配置器，第一级配置器就是拿malloc()实现的，第二级配置器采用了内存池的概念；

先来讲第一级配置器，第一级配置器的实现就是用的malloc()（因为很重要所以多说几遍），它会不断地尝试开辟内存，如果没有内存可供开辟，就会尝试释放空间，然后再取尝试开辟空间，第一级配置器比较重要的一点就是实现了类似C++中new-handler机制，用来处理内存不足的情况

内存池是使用链表结构实现的（个人感觉和哈希桶的方法类似），而不采用顺序表，这样就可以更好的解决内存碎片的问题了。

注意，这里的freelists是链表！

注意！这里之前写的不太清楚，freelists是一个顺序表，每一个单元下边都连接这一个链表，当区块被客端（client）使用就会像上图一样将区块拨出去，然后改变指针指向下一个节点（就是采用头删）

每个链表节点所管理的区块大小也是不一样的，第一个节点管理8bytes，第二个16bytes。。。以此类推，最后一个节点管理128bytes，所以当超过128字节第二级配置器无法处理，就只好调用第一级配置器（内存不足时也会调用第一级配置器，因为第一级配置器里面有内存不足处理例程）

下面给出链表节点的实现

1 union obj
2 {
3     union obj *free_list_link;
4     char client_data[1];//The client sees this;
5 };

里面的联合体指针就是指向下一个节点的指针，那个char是指向实际内存块的指针，采用联合体可以减少内存的消耗，不必专门维护一个指向下一个节点的指针

当节点所指的内存块是空闲块时，obj被看做一个指针，指向下一个节点，当节点已经被分配了内存之后，被视为一个指针，指向实际区块

当分配函数allocate()（alloc中申请内存的函数）发现没有可用的区块之后，就会去内存池中申请新的区块（调用chunk_alloc()函数） ，默认申请20个区块，当内存池的可用内存不足20个区块，有多少给多少，如果连一个区块的内存都不够，就往内存池中注入内存（就是再去开辟一些放进内存池里），就会去free_lists中遍历，寻找内存池分配给自由链表但是却处于空闲状态的节点，将这些节点的存储空间归还个内存池，再递归去使用chunk_alloc()函数判断是否空间够分配；如果很不幸，还是不够用，那么注意！！会将内存池中剩余的小空间分配成低位区块分给自由链表（就是说假如需要申请16个字节的节点区块，不够了，但是内存池中有8个字节的空间，当然不能够浪费咯，赶紧分配出去）然后去往内存池中注入内存（就是再去开辟一些放进内存池里）。

这个是《STL源码剖析》里的一个例子

当整个系统堆得内存都不够了的时候，就chunk_malloc()就会四处寻找可用内存，尝试释放一些没用的空间，如果还是无法找到就去调用第一级配置器，因为一级配置器里有内存不足处理例程

本文永久更新链接地址：

相关内容