STL記憶體管理

linux記憶體分配管理

實現自己的malloc

stl是一套非常高效的c++庫，提到記憶體管理，怎麼能少了他呢，花了近一天的時間來剖析這個。

stl記憶體分配分為兩級，為什麼分為兩級，就比如你為了買一根普通的皮帶，去漢正街批發市場，別人不一定賣給你（親身經歷）。只有一次性購買大量的貨才會去批發市場，商家才會和你做生意。記憶體分配也是這個道理，當申請的記憶體大小大於128byte時，就啟動第一級分配器通過malloc直接向系統的堆空間分配，如果申請的記憶體大小小於128byte時，就啟動第二級分配器，從乙個預先分配好的記憶體池中取一塊記憶體交付給使用者，這個記憶體池由16個不同大小（8的倍數，8~128byte）的空閒列表組成，allocator會根據申請記憶體的大小（將這個大小round up成8的倍數）從對應的空閒塊列表取表頭塊給使用者。這樣做的好處有兩個：

1）小物件的快速分配。小物件是從記憶體池分配的，這個記憶體池是系統呼叫一次malloc分配一塊足夠大的區域給程式備用，當記憶體池耗盡時再向系統申請一塊新的區域，整個過程類似於批發和零售，起先是由allocator向總經商批發一定量的貨物，然後零售給使用者，與每次都總經商要乙個貨物再零售給使用者的過程相比，顯然是快捷了。當然，這裡的乙個問題時，記憶體池會帶來一些記憶體的浪費，比如當只需分配乙個小物件時，為了這個小物件可能要申請一大塊的記憶體池，但這個浪費還是值得的，況且這種情況在實際應用中也並不多見。

2）避免了記憶體碎片的生成。程式中的小物件的分配極易造成記憶體碎片，給作業系統的記憶體管理帶來了很大壓力，系統中碎片的增多不但會影響記憶體分配的速度，而且會極大地降低記憶體的利用率。以記憶體池組織小物件的記憶體，從系統的角度看，只是一大塊記憶體池，看不到小物件記憶體的分配和釋放。

關於第一級記憶體分配，前面的文章已經講過，這篇著重講解次級記憶體分配的機制。

次級記憶體是針對分配1~128位元組的記憶體而啟用的。我們看到這個範圍還是挺廣的，stl為了更好的管理記憶體分配，就針對這個128位元組再次分組，就相當於乙個小菜市場裡面有很多檔口一樣。每8位元組一組，也就是說分配[1,8]位元組記憶體為一組，即在同乙個線性空間裡面，畢竟乙個容器元素的型別都一樣。同理後面的[9,16]，[17,24]。。。為一組。分組就是按照傳入的引數大小按照這個方式來分組。也就是針對不同的組有不同的入口，每一組由是相同大小的塊組成。示意圖如下：

注意，從上面的示意圖可以看出，這種方式的分配記憶體也是會有記憶體碎片的，因為分配記憶體時會向上取整到8的整數倍。究竟是怎麼管理記憶體的分配與釋放的呢，假設每次分配的都是小於8位元組的記憶體，記憶體的分配和釋放都在第一路上執行，以下是分配管理的示意圖：

結合上面的圖來描述，整體過程是這樣的：

一開始時，沒有分配任何空間，就去分配一定數量的固定8位元組大小的記憶體塊，比如20個8位元組的塊。我們先分配兩倍大小的記憶體，即40*8位元組，然後將前20個位元組按照8位元組分割，剩餘的塊留著備用。分割的目的是為了按鍊錶的方式索引。一般的記憶體分配管理也會用到鍊錶來索引下一塊記憶體，鍊錶會占用額外的記憶體。這裡鍊錶卻沒有占用額外的記憶體，因為鍊錶的值直接在記憶體塊中，具體的看下面的源**就能明白。

釋放記憶體也非常簡單，直接將釋放的記憶體作為free記憶體塊鍊錶的頭結點，以待下次使用。順便說一句，一般的記憶體釋放會是沒有大小這個引數的，因為分配記憶體時有個頭結點儲存了這個信。而stl物件自己儲存了物件的大小，再者在記憶體中儲存這個資訊是要佔額外空間的，stl的記憶體管理還是相當的省。所以stl的記憶體分配和釋放很適合於它這個分配小物件的場景，並不是太通用。

完整的**如下：

#include class alloc 
; enum ;
enum ;
enum ;
static obj* free_list[__nfreelists];
private:
static char* start_free;
static char* end_free;
static size_t heap_size;
private:
static size_t round_up(size_t bytes) 
static size_t freelist_index(size_t bytes) 
static void* refill(size_t n);
static void* chunk_alloc(size_t size, int& nobjs);
public:
static void* allocate(size_t bytes);
static void deallocate(void* ptr, size_t bytes);
static void* reallocate(void* ptr, size_t old_sz, size_t new_sz);
};alloc::obj* alloc::free_list[__nfreelists] = ;
char* alloc::start_free = 0;
char* alloc::end_free = 0;
size_t alloc::heap_size = 0;
void* alloc::allocate(size_t n) 
//鍊錶中沒有free空間了就重新分配空間，否則直接使用，然後指向下一塊free空間
my_free_list = free_list + freelist_index(n);
result = *my_free_list;
if (0 == result) 
*my_free_list = result->next;
return result;
}void alloc::deallocate(void* p, size_t n) 
my_free_list = free_list + freelist_index(n);
obj* q = static_cast(p);
q->next = *my_free_list;
*my_free_list = q;
}void* alloc::refill(size_t n) 
//分割記憶體塊
void* res = chunk;
my_free_list = free_list + freelist_index(n);
obj* next = (obj*)(chunk + n);
*my_free_list = next;
obj* current;
int i = 1;
for(;;++i) 
else 
}return res;
}void* alloc::chunk_alloc(size_t size, int& nobjs) 
else if (bytes_left >= size) 
else 
start_free = static_cast(malloc(bytes_to_get));
if (0 == start_free) 
}end_free = 0;
start_free = static_cast(malloc(bytes_to_get));
}heap_size += bytes_to_get;
end_free = start_free + bytes_to_get;
return (chunk_alloc(size, nobjs));
}}void* alloc::reallocate(void* p, size_t old_size, size_t new_size) 
int main()

參考：

STL記憶體管理

STL 記憶體管理

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