STL源码剖析——空间的配置与释放

标签：stl   空间配置   c++   

    C++的内存配置基本操作是  ::operator new()，内存释放的基本操作是 ::operator delete()。这两个全局函数相当于C的malloc()和free()函数。是的，正是如此，STL正是以malloc()和free()完成内存的配置与释放。

    但是考虑到小型区块所可能造成的内存破碎问题，STL中设计了双层级配置器， 第一级配置器直接使用malloc()和free()，第二级配置器则视情况采用不用的策略：当配置区块超过128bytes时，视之为“足够大”，便调用第一级配置器；当配置区块小于128bytes时，视之为“过小”，为了降低额外负担，便采用复杂的memory pool整理方式（后面会介绍），而不再求助于第一级配置器。

    接下来，我们来详解这两级空间配置器

    第一级配置器剖析

    第一级配置器以malloc()，free()，realloc()等C函数执行实际的内存配置、释放、重配置操作，并实现出类似C++ new-handler的机制。所谓的new-handler机制是，你可以要求系统在内存配置无法被满足时，调用一个你所指定的函数。下面我将展示一个示例： 

// new_handler example
#include <iostream>     // std::cout
#include <cstdlib>      // std::exit
#include <new>          // std::set_new_handler

void no_memory () {
  std::cout << "Failed to allocate memory!\n";
  std::exit (1);
}

int main () {
  std::set_new_handler(no_memory);
  std::cout << "Attempting to allocate 1 GiB...";
  char* p = new char [1024*1024*1024];
  std::cout << "Ok\n";
  delete[] p;
  return 0;
}

    请注意，STL第一级配置器在调用malloc()和realloc()不成功后，会尝试不断调用“内存不足处理例程”，期望在某次调用之后，获得足够的内存而圆满完成任务，但如果“内存不足例程”未被客户端设定，便会抛出bad_alloc异常信息，或利用exit(1)中止程序。

    第二级配置器剖析

    STL第二级配置器的做法是，如果区块足够大，超过128bytes时，就移交给第一级配置器处理。当区块小于128bytes时，则以内存池（memory pool）管理，此法又称为次级配置：每次配置一块大内存，并维护对应之自由链表（free-list）。下次若再有相同大小的内存需求，就直接从free-list中取出。如果客端释放小额区块时，就由配置器回收到free-lists中——是的，别忘了，配置器除了负责配置，也负责回收。为了方便管理，STL第二级配置器会主动将任何小额区块的内存需求上调至8的倍数（例如客端要求30bytes，就自动调整为32bytes），并维护16个free-lists，各自管理大小分别为8，16，24，32，40，48，56，64，72，80，88，96，104，112，120，128bytes的小额区块。

    了解了free-list之后我们就会产生一个疑问：如果当分配内存的时候发现free list中没有可用的区块了时，会怎么办呢？

    解决方法就是：当发现free list中没有可用区块了时，就会调用一个名为refill()的函数准备为free list重新填充空间。新的空间将调用malloc()取自内存池，缺省取得20个新节点（新区快），但万一内存池空间不足，获得的节点数（区块数）可能小于20。

    万一山穷水尽，整个堆空间都不够了，malloc()行动失败，就四处寻找有无“尚未使用区块，且区块足够大”之free lists，找到了就挖出一块交出，找不到就调用第一级配置器。第一级配置器其实也是使用malloc()来配置内存，但它有out-of-memory机制（类似于new-handler机制），或许有机会释放其他的内存拿来此处使用。如果可以就陈宫，否则抛出bad_alloc异常。

STL源码剖析——空间的配置与释放

标签：stl   空间配置   c++   

原文地址：http://blog.csdn.net/baidu_28312631/article/details/47610933