STL中的空间配置器

最新推荐文章于 2025-04-26 18:05:57 发布

是安然阿

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分类专栏： C++ STL 文章标签： c++ 开发语言

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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。

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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：

●从堆上分配空间

●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。