STL中的空间配置器

文章详细介绍了STL中的空间配置策略,包括一级分配器使用malloc等函数进行内存分配,以及二级分配器如何通过内存池解决小块内存的分配和回收。此外,还讨论了内存分配时需要考虑的问题,如堆分配、内存碎片、内存不足的处理和线程安全。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

一、STL空间配置器   

        STL中空间配置包括内存分配、启用构造函数、析构对象、内存回收/释放。

        new_allocator.h中,construct()如下所示:

      template<typename _Up, typename... _Args>
	void
	construct(_Up* __p, _Args&&... __args)
	noexcept(std::is_nothrow_constructible<_Up, _Args...>::value)
	{ ::new((void *)__p) _Up(std::forward<_Args>(__args)...); }

        destroy()调用析构函数,如下所示:

      template<typename _Up>
	void
	destroy(_Up* __p)
	noexcept(std::is_nothrow_destructible<_Up>::value)
	{ __p->~_Up(); }

        STL中内存分配分为一级分配器与二级分配器。一级分配器使用malloc分配内存,负责为128k以上的空间分配内存;二级分配器则采用内存池的形式,为128k以下的空间分配内存。

二、内存分配

 1、在进行内存分配时,要考虑:

        ●从上分配空间

        ●小型内存申请导致的内存碎片问题:一级分配器与二级分配器

        ●内存不足时的措施

        ●线程安全问题

2、一级分配器

   一级分配器使用malloc(),free(),realloc()等C函数进行空间的分配,并且类似于c++的new_handler(new的oom操作)机制,在分配失败后,调用oom_alloc()或者oom_realloc()。

template<int inst>
class __malloc_alloc_template{
private:
    static void*oom_malloc(size_t);
    static void*oom_realloc(size_t);
    static void(*_malloc_alloc_oom_hanlder)();

public:
// 对malloc的封装
	static void * Allocate(size_t n)
	{
		//一级空间配置器直接使用malloc(),申请空间成功,直接返回,失败则交由oom_malloc函数处理
		void *result = malloc(n);
		//内存空间申请失败时,调用 oom_malloc() 
		if (0 == result)
			result = Oom_Malloc(n);
		return result;
	}
 
	// 对free的封装 这个size_t完全可以不要,但是为了统一接口,加上了这个size_t
	static void Deallocate(void *p, size_t /* n */)
	{
        //一级空间配置器直接使用free()
		free(p);  
	}
 
// 对realloc的封装
	static void * Allocate(void *p,size_t n)
	{
		void *result = realloc(p,n);
		//内存空间申请失败时,调用 oom_malloc() 
		if (0 == result)
			result = oom_realloc(n);
		return result;
	}
 

	// 模拟set_new_handle
	// 该函数的参数为函数指针,返回值类型也为函数指针
	// void (* set_malloc_handler( void (*f)() ) )()
	typedef void(*PFUNC)();
	static PFUNC set_malloc_handler(PFUNC f)
 
	static void(*set_malloc_handler(void(*f)()))()
	{
		void(*old)() = __malloc_alloc_oom_handler;
		__malloc_alloc_oom_handler = f;
		return(old);
	}

}

3、二级分配器(内存池)

        二级分配器由节点大小分别为8kb、16kb、24kb、...、196kb的链表(free_list)组成,并且由一个数组来存储每个链表的头部。如下图所示,实际上是采用拉链法解决哈希冲突的哈希桶。       

 3.1 链表的维护

使用union维护每一个链表节点,可以节省空间

union obj{
    obj * my_free_list; 
    char client_data[1];
}

3.2 空间的申请

        ①请求分配n bytes空间,将n补充为8的倍数。

        ②找到对应大小的链表。

        ③取对应的内存块,并更新链表,让新的头节点存储在数组中。

3.3 空间的释放

        将空间重新加入链表,更新数组中的头节点。

3.3 链表用完时

        从内存池中重新分配空间。一般直接分配20个节点,不够20个节点空间时分配能分配的节点数。

<think>好的,用户想了解STL空间配置器的实现和用法。首先,我需要回忆一下空间配置器的基础知识。空间配置器主要负责内存的分配和释放,这在STL容器中非常重要,因为它直接影响到容器的性能和效率。根据提供的引用,空间配置器分为一级和二级,这可能类似于SGI STL的实现。 用户提到的引用[1]和[4]提到了一级和二级配置器的区别。一级配置器处理大块内存,直接使用malloc和free,而二级配置器使用内存池和自由链表来管理小块内存,避免频繁的系统调用,提升效率。需要解释这两者的不同应用场景和实现机制。 接下来,用户可能想知道如何在实际中使用空间配置器STL容器通常有默认的allocator,但用户也可以自定义。例如,在C++中,vector模板的第二个参数就是分配器类型。需要给出一个代码示例,展示如何指定自定义分配器,但要注意引用的资料中没有具体代码,可能需要用标准用法举例。 然后,根据引用[2]和[3],空间配置器的allocate和deallocate函数是关键。需要详细说明这两个函数的工作流程,尤其是二级配置器如何从自由链表或内存池中获取内存,以及归还内存时的操作。可能涉及内存碎片处理、内存池的维护机制等。 用户可能还有疑问,比如为什么需要二级配置器,内存池技术有什么优势,或者如何避免内存碎片。这些问题可以作为相关问题提出,但需要确保在回答中覆盖这些点的基础解释。 另外,需要注意引用的资料中有提到联合体(union)在自由链表中的应用,这可能涉及到内存块的复用,用于存储下一个空闲块的指针,这样可以节省空间。这一点需要简要说明,但不要过于深入,以免让用户感到困惑。 最后,确保回答结构清晰,分点说明实现机制、用法和优化策略,并引用提供的资料作为支持。同时,生成的相关问题要围绕空间配置器的设计原理、优化方法、与容器协作的方式等方面,帮助用户进一步学习。</think>### STL空间配置器的实现与用法解析 #### 一、空间配置器的核心作用 空间配置器(allocator)是STL实现内存管理的核心组件,主要负责以下任务: 1. 内存分配与释放:通过`allocate()`和`deallocate()`实现,规避直接调用`new/delete`或`malloc/free`带来的性能损耗[^1] 2. 类型擦除:将内存分配与对象构造解耦,实现内存预分配和对象延迟构造 3. 内存碎片管理:通过分级策略降低内存碎片率 #### 二、SGI-STL双级配置器实现 **1. 一级空间配置器(malloc_alloc_template)** - 处理大于128字节的内存请求 - 直接调用`malloc()`/`free()`进行内存管理 - 包含内存不足处理机制:尝试调用预定义的内存不足处理函数[^4] **2. 二级空间配置器(default_alloc_template)** - 处理≤128字节的小内存块 - 核心结构: - **内存池**:预分配的大块内存区域(默认20*128=2560字节) - **自由链表**:16个链表管理8-128字节的块(以8字节为间隔)[^2] $$FreeList[0] \rightarrow 8B, \quad FreeList[15] \rightarrow 128B$$ **关键函数实现:** ```cpp // 内存分配(简化逻辑) void* allocate(size_t n) { if(n > 128) return malloc_alloc::allocate(n); obj** my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(n); obj* result = *my_free_list; if(!result) refill(FREELIST_INDEX(n)); // 内存池补充 *my_free_list = result->next; return result; } // 内存释放(头插法) void deallocate(void* p, size_t n) { if(n > 128) return malloc_alloc::deallocate(p); obj** my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(n); obj* q = static_cast<obj*>(p); q->next = *my_free_list; *my_free_list = q; } ``` #### 三、实际应用场景 **1. 标准容器使用** ```cpp std::vector<int, MyAllocator<int>> v; // 自定义分配器 ``` **2. 性能敏感场景** - 高频小对象分配(如网络数据包处理) - 需要内存预分配的场景(如实时系统) **3. 内存监控** ```cpp template<class T> class DebugAllocator { public: T* allocate(size_t n) { log_allocation(n); return static_cast<T*>(::operator new(n*sizeof(T))); } // 类似实现deallocate }; ``` #### 四、优化策略 1. **内存池技术**:预分配大块内存减少系统调用 2. **自由链表复用**:使用union节省空间 ```cpp union obj { union obj* next; // 空闲时存储指针 char data[1]; // 使用时存储数据 }; ``` 3. **多线程优化**:通过线程本地存储(TLS)实现无锁分配
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值