C 基礎 記憶體管理篇

記憶體管理是計算機程式設計最為基本的領域之一。在很多指令碼語言中，您不必擔心記憶體是如何管理的，這並不能使得記憶體管理的重要性有一點點降低。對實際程式設計來說，理解您的記憶體管理器的能力與 侷限性至關重要。在大部分系統語言中，比如 c 和 c++，您必須進行記憶體管理。本文將介紹手工的、 半手工的以及自動的記憶體管理實踐的基本概念。

ibm 記憶體管理介紹

第一級配置器以 malloc()，free()，realloc()等c函式執行實際的記憶體配置、釋放、重新配置等操作，並且能在記憶體需求不被滿足的時候，呼叫乙個指定的函式

第二級配置器

第二級配置器維護著16個空閒鍊錶（free list），各自管理大小分別為8、16、24、32、40、48、56、64、72、80、88、96、104、112、120、128 bytes的小記憶體塊。

如果要分配的記憶體大於 128bytes，則移交給第一級配置器處理，直接用malloc。

釋放過程則正好與分配相對應，如果使用者分配的記憶體大於128bytes，直接用free，否則找出適當的空閒鍊錶， 將指標所指的該段記憶體重新連線到空閒鍊錶中(注意此時並不把記憶體返回給作業系統, 如此可以重複利用)。

小記憶體塊（空閒鍊錶管理）–> 大記憶體塊（malloc 向os申請）

流程總結

使用 allocate 請求size大小的記憶體空間, 如果需要請求的記憶體大小大於128bytes, 直接使用malloc.

如果需要的記憶體大小小於128bytes, allocate根據size找到最適合的空閒鍊錶.

a. 如果鍊錶不為空, 返回第乙個記憶體塊, 煉表頭改為第二個記憶體塊。

b. 如果鍊錶為空, 使用refill為該空閒鍊錶填充新的空間。

x. 如果記憶體池中有大於乙個記憶體塊的空間, 分配盡可能多的記憶體塊(但是最多20個), 將乙個記憶體塊返回, 其他的記憶體塊新增到鍊錶中。

y. 如果記憶體池只有乙個記憶體塊的空間, 直接返回給使用者.

z. 如果記憶體池連乙個記憶體塊的空間都沒有, 再次向作業系統請求分配記憶體.

i 系統記憶體足夠，分配成功，再次進行b過程

ii 分配失敗, 迴圈各個空閒鍊錶, 尋找空間

a. 找到空間, 再次進行過程b

b. 找不到空間, 丟擲異常

使用者呼叫deallocate釋放記憶體空間, 如果要求釋放的記憶體空間大於128bytes, 直接呼叫free。

否則按照其大小找到合適的空閒鍊錶, 並將其插入。

特點其實是這樣的:

剛開始初始化記憶體池的時候, 其實記憶體池中並沒有記憶體, 同時所有的空閒鍊錶都為空鍊錶.

只有使用者第一次向記憶體池請求記憶體時, 記憶體池會依次執行上述過程的 1->2->b->z來完成記憶體池以及鍊錶的首次填充, 而此時, 其他未使用鍊錶仍然是空的

malloc的全稱是memory allocation,中文叫做：動態記憶體分配。

原型：extern void* malloc(unsigned int num_bytes);

說明：分配長度為num_bytes位元組的記憶體塊。如果分配成功，則返回指向被分類記憶體的指標；如果分配失敗，則返回空指標null。（所以申請完記憶體需要判斷所申請記憶體是否為空）當記憶體不再使用時，應使用free()函式講記憶體塊釋放。

返回型別：void型別，表示通用變體型別指標，c,c++規定，void型別可以強制轉換為任何其他型別的指標；void*指申請記憶體空間時，還不知道使用者用這段空間來儲存什麼型別的資料。

釋放：void free(void * firstbyte)；講malloc分配的空間還給程式或者是作業系統，也就是釋放了這塊記憶體。

注意事項：

1)申請記憶體空間後，必須檢查是否分配成功；

2）當不需要再使用申請的記憶體時，記得釋放；釋放後應該把指向這塊記憶體的指標指向null，以防後面的程式不小心使用了野指標

3）malloc和free應該配對使用；釋放只能釋放一次，若釋放兩次或更多會出現錯誤，（釋放空指標例外，釋放空指標其實等於啥都沒做，釋放空指標多少次都沒有問題）

4）malloc從堆裡面獲得記憶體；函式返回的指標指向堆裡面的一塊記憶體。作業系統中有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶，當作業系統收到程式的申請時，就會遍歷鍊錶，然後尋找第乙個空間大於所申請空間的堆結點，然後將該結點從空閒結點鍊錶中刪除，並將該結點分配給程式。

c++中，用new和delete動態建立和釋放陣列或者單個物件。

動態建立物件時，只需要指定其資料型別，而不必為該物件命名。

delete pi；//釋放單個物件

delete [ ] pi;//釋放陣列

申請的記憶體所在位置

new操作符從自由儲存區（free store）上為物件動態分配記憶體空間，而malloc函式從堆上動態分配記憶體。自由儲存區是c++基於new操作符的乙個抽象概念，凡是通過new操作符進行記憶體申請，該記憶體即為自由儲存區。而堆是作業系統中的術語，是作業系統所維護的一塊特殊記憶體，用於程式的記憶體動態分配，c語言使用malloc從堆上分配記憶體，使用free釋放已分配的對應記憶體。

那麼自由儲存區是否能夠是堆（問題等價於new是否能在堆上動態分配記憶體），這取決於operator new 的實現細節。自由儲存區不僅可以是堆，還可以是靜態儲存區，這都看operator new在**為物件分配記憶體。

特別的，new甚至可以不為物件分配記憶體！

返回型別安全性

new操作符記憶體分配成功時，返回的是物件型別的指標，型別嚴格與物件匹配，無須進行型別轉換，故new是符合型別安全性的操作符。而malloc記憶體分配成功則是返回void * ，需要通過強制型別轉換將void*指標轉換成我們需要的型別。

型別安全很大程度上可以等價於記憶體安全，型別安全的**不會試圖方法自己沒被授權的記憶體區域。關於c++的型別安全性可說的又有很多了。

記憶體分配失敗時候的返回值

new記憶體分配失敗時，會丟擲bac_alloc異常，它不會返回null；malloc分配記憶體失敗時返回null。

智慧型指標模板

template

<
typename t>
class
smart_ptrs
;template
<
typename t>
smart_ptrs
::smart_ptrs
(t *p)
:count
(new
int(1)
),p(p)
//指標運算子
template
<
typename t>
t* smart_ptrs
::operator
->()
// 解引用
template
<
typename t>
t& smart_ptrs
::operator*(
)//析構函式
template
<
typename t>
smart_ptrs::~
smart_ptrs()
}//賦值運算子
template
<
typename t>
smart_ptrs
& smart_ptrs
::operator
=(smart_ptrs& sp)
this
->p = sp.p;
this
->count = sp.count;
return
*this
;}

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