C++内存管理(候捷)第二讲笔记

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原创最新推荐文章于 2026-05-18 09:53:20 发布 1.2k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

VC6 malloc

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cookie一定占用8个字节。上下各4个字节
Cookie 是一小段额外的标识信息，用于在边界检查中检测缓冲区溢出。它通常是一个特殊的值，放置在分配的内存块的开始位置。记录内存分配出去的大小
Debug Header 包含一些调试信息，例如分配的文件名、行号等。这些信息用于调试和跟踪内存分配的源
block size 分配的实际数据块
Debug Tail 包含与调试信息相关的尾部数据
pad 对齐填充

VC6标准分配器之实现

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VC6标准分配器里面的allocate和deallocate的实现只是调用::operator new 和::operator delete, 没有任何特殊设计。底层是malloc和free

BC5标准分配器之实现

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Borland5 编译器只是调用::operator new 和::operator delete, 没有任何特殊设计

G2 9标准分配器之实现

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allocate和deallocate的实现也是调用::operator new 和::operator delete, 没有任何特殊设计

GNU C++2.9容器使用的分配器，不是std::allocator,而是std::alloc

G2.9 std::alloc VS G4.9 __pull_alloc

G2.9 std::alloc在G4.9中是 __pull_alloc

G4.9 __pull_alloc用例

G4.9版本中标准分配器std::allocator的实现，里面的allocate和deallocate的实现只是调用::operator new 和::operator delete, 没有任何特殊设计
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__pull_alloc去除了cookie（一个元素带有上下两个cookie，共8B）。上图每个double相距8字节，下面的double相距10字节

G2.9 std::alloc

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前文的Per class allocator每个类重载了operatpr new和operator delete。每个类单独维护一个链表

为了通用的将operator new的分配操作提取到alloc类。为了适应不同类的大小，std::alloc为所有的类维护16个链表，每个链表负责不同大小的区块分配，从小到大分别负责8B, 16B, 24B, 32B,…, 按8的倍数增长，最大是16 x 8 = 128B。当大小不为8的倍数的时候，分配器会自动将其对齐到8的倍数。当大小超过128B时，就交给malloc来单独处理。

当一个vector里面存了一个“stone”类型的对象，它的大小是32B，那么就会启用下面的#3的链表，它负责32B区块的分配。每次分一大块（里面有20个小块，每个都是32Ｂ，但是实际分配的时候是20个小块的两倍大小，剩余的部分暂且不用), 指定一个小块给stone即可
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嵌入式指针：借用A对象所占用的内存空间中的前4个字节，这4个字节用来链住这些空闲的内存块；
一旦某一块被分配出去，那么这个块的前4个字节就不再需要，此时这4个字节可以被正常使用
使用的时候看成对象实例,空闲的时候会看成next指针

G2.9 std::alloc运行一瞥

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分配器的客户是给容器用的，不是给用户用的。如果直接用分配器，要记住分配了多大，因为没有cookie。再回收时告知分配器。容器所有的元素大小都一样，第一个模版参数是类型，直接sizeof可以得到大小
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刚开始的时候pool为空，要分配32 * 20 *2 + RoundUp(0 >> 4)= 1280B大小的空间为pool，然后从pool里面切割20个小块（共640B）挂在#3链表上，剩下的640B放在pool里面备用

创建了新的容器，元素大小为64B，此时链表为空。由于上页的pool里面还剩640B，现在将其切分为640/64 = 10个区块，第一个给容器，剩下的9个挂在list #7. 此时pool的大小为0，因为被切分挂到链表上了
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在上面的基础，新建容器，元素大小为96B，先检查pool是否有余量，由于pool为空，此时调用malloc分配一大块作为pool，总共大小为96x 20 x 2 + RoundUp(1280 >> 4) = 3840 + 80 = 3920B，其中20个区块拿出来用，1个区块返回给容器，另外19个区块挂在#11链表上，剩下的就是pool的容量，即3920−(96×20)=3920−1920=2000 B
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新建容器，元素大小是88B，pool中的余量为2000，将2000切分为20个区块（每个区块88B），第一个区块给容器，剩下的19个区块挂在#10链表上。pool剩下的余量：2000 - 88 x 20 = 240B

容器连续申请3次88B大小的空间，由于已经在#10 链表上挂了19个大小为88B的区块，直接从该链表上拿下来3个区块返回给容器即可。pool大小还是240
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新的容器，元素大小为8B，pool容量为240，从pool里面切分出20个区块，共8B x 20 = 160B大小，第一个返回给容器，其余19个区块挂在#0链表上pool剩240 - 160 = 80B

新的容器，元素大小为104B。pool余量为80B，此时这个80B大小的空间就是碎片，需要将其挂在某一个链表上。挂在80 / 8 - 1 = 9号链表。碎片处理完之后，再处理现在的需求104B的分配。
现在再调用malloc分配一大块，大小为104 x 20 x 2 + RoundUp(5200 >> 4) = 4160 + RoundUp(325) = 4160 + 328 = 4488，pool容量为4488 - 104 x 20 = 2408B，把第一个区块分配给容器，切出的19个挂在#12 list上。pool的余量为2408B。累计申请量为5200 + 4488 = 9688B
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请112B，pool容量为2408，从里面取出112 * 20 = 2240，第一个区块返回给容器，留下19个区块挂在13号链表上。pool余量为2408 - 2240 = 168B。

申请48B，5号链表，pool余量168B。分配168 / 48 = 3个大小为48的区块，pool余量为24B
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实验过程中把系统heap大小设置为10000，前面已经累计分配了9688B，因此无法满足本次内存分配
alloc从手中资源取最接近72B的大小回填pool，这里最接近的是80B(9号链表有1个空的可用)，然后从80B中切72B给容器，pool剩下80 - 72 = 8B。
9号链表指针指向0
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再申请72B,list #8没有区块可用，pool余量为8，先将pool余额挂在list #0。然后想要调用malloc分配72 x 20 x 2 + RoundUP(9688 >> 4) = 3488B的空间，无法满足分配
于是alloc从手中资源取最接近72B的88B（list #10）回填pool,因为上面的80B（list #9）已经用完了，从88B中切出72B返回给容器，pool余额：88 - 72 = 16B。
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新的容器申请120B，挂在120 / 8 - 1 = 14号链表。pool不足。将上面的16B挂在1号链表上。
alloc从手中资源中取最接近120B的区块回填pool，但是14号链表和15号链表都是空的，于是无法分配。

G2.9 std::alloc源码剖析

分为两级分配器，分别是第一级分配器和第二级分配器。
第一级分配器不重要，主要模拟new handler的作用，处理一下内存分配的情况。
GC4.9不再有一级
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常量：ALIGN 对齐量， MAX_BYTES元素块最大可分配量，以及NFREELISTS链表个数/数组长度

size_t ROUND_UP(size_t bytes) {
    return (((bytes) + __ALIGN-1) & ~(__ALIGN - 1));
}

ROUND_UP是将分配的大小变成8的倍数，计算分配追加量
union_obj嵌入式指针，原本是两个成员，其中一个用不到(方便理解)，因此改为struct

size_t FREELIST_INDEX(size_t bytes) {
    return (((bytes) + __ALIGN-1)/__ALIGN - 1);
}

FREELIST_INDEX根据bytes大小，指定到是哪个链表

char*   start_free = 0; // 指向战备池pool的头
char*   end_free = 0;   // 指向战备池pool的尾
size_t  heap_size = 0;  // 累计分配大小

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volatile和多线程相关
my_free_list指向链表指针数组的指针
当n大小大于最大分配量，另外处理，直接malloc
refill(ROUND_UP(n))，链表充值，从pool中去拿区块。上述一览的过程

链表很长，大量分配，大量回收后，无法判断哪些是连续的，一定要连续的内存块才可以free，所以deallocate没有free，这个不算内存泄露
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refill默认一次抓20，只是初值
调用chunk_alloc函数来挖一大块内存
当分配的区块为1时，就直接交给客户(容器)
chunk指的是一大块，然后将其切割，建立free list。refill的参数n表示一小个区块的大小
切割for循环从1开始，因为第一块内存要直接给出去
指针转为字节跳转后再转回obj*
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pool空间满足20个区块的需求
pool空间只能满足1到19个区块的需求
pool不能满足1块

往更大内存链表挖内存时，只用一块来判断，因为无法确定链表里的内存是否连续

定义一些初始数据