关于程序内储池的一些想法

作者因服务器主程序存在大量Lua - Table,认为glibc的alloc模块对小内存分配利用率不高,打算自制固定大小的内存池分配器。还找到一篇讲解内存分配器效率和利用率的文章。此外,公司服务器主程序内存暴涨问题待解决,需明确是何项目的alloc导致内存居高不下。

晚上下雨,有点燥热,想着一些内存池的事情。

我打算弄一个固定大小的内存池分配器,主要是为了大量的Lua-Table,至于目前我们的服务器主程序中同时存在多少个Lua-Table,我预计有上W以上吧,我想着glibc的alloc模块可能对这这种大量的小内存的分配利用率不是很高,所以想自己弄一个内存池分配器。

这是最近的想法,刚才找了一篇文章 https://www.cnblogs.com/findumars/p/6143020.html感觉还不错,文章对内存分配器的两个最关键的因素做了讲解:效率和内存利用率,正好满足我的需求,也符合我的初始条件。

还没写完这篇文章外面就下暴雨了。关了所有的门之后,基本上没有什么大的噪音,尤其是前一段时间一直关注的阳台不锈钢雨棚一遇到雨滴滴落就会特别响的问题,这次在铺上了自己买的消音铝箔贴之后,效果好了很多,基本上可以接受了。

关于公司服务器主程序内存暴涨的问题,目前还有一些其它的事情要搞清楚。

1:到底是什么项目的alloc导致程序占内存高,而一直降不下来。

目前需要解决第一个问题,同时也要继续做目前的内存分配器的事。

这是自4月份购买笔记本以来,为数不多的利用笔记本在家弄学习。笔记本也慢慢的发挥了当初的购买目标,继续加油吧。

<think>首先,用户的问题是关于C++中new操作符动态堆内存分配的原理。用户提到:“我想了解new申请动态堆内存的原理请问C++new动态堆内存分配原理”。这涉及到C++的内存管理机制。根据系统级指令:-所有行内数学表达式必须使用$...$格式。-独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。-LaTeX语法正确。-使用中文回答。-生成相关问题。-在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。用户可见层的指令:-回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。-保证回答真实可靠。-参考站内引用:引用[1]和引用[2]是关于动态内存分配的,但我需要基于用户的问题来回答,而不是直接复制引用。引用[1]提到new和delete的使用,以及内存布局;引用[2]提到new和malloc的区别。用户的问题是关于new的原理,所以我需要解释new操作符在C++中如何分配动态内存。关键点:-new操作符用于在堆上分配内存。-它调用operatornew函数来分配内存,然后调用对象的构造函数。-这与malloc不同,malloc只是分配内存而不调用构造函数。-在底层,new可能使用malloc或其他系统调用。逐步解释:1.**内存布局回顾**:简要介绍C++程序的内存布局,包括堆区。-引用[1]中提到:堆用于程序运行时动态内存分配,堆是向上增长的。-所以,我可以提到:在C++中,内存分为栈、堆等区域。堆是动态内存分配的区域,由程序在运行时管理。2.**new操作符的工作原理**:-当使用new表达式时,如`int*p=newint(5);`,它执行两个步骤:a.分配内存:通过调用operatornew函数分配足够大小的内存。b.初始化对象:调用对象的构造函数(如果有)。-operatornew是全局函数,可以被重载。默认的实现通常调用malloc。3.**与malloc的区别**:-引用[2]中强调:new是C++关键字,以类型为单位分配,并可初始化;malloc是C库函数,以字节为单位分配。-所以,new更安全,因为它处理类型大小和初始化。4.**底层实现**:-在大多数实现中,operatornew最终调用malloc或系统调用如brk/sbrk或mmap(在Linux上)。-例如,newint可能分配sizeof(int)字节的内存。5.**错误处理**:-如果内存分配失败,new会抛出std::bad_alloc异常(除非使用nothrow版本)。6.**delete操作符**:-对应delete,它调用析构函数,然后调用operatordelete释放内存(通常调用free)。为了结构清晰,我可以这样组织回答:-先介绍动态内存分配的概念。-然后解释new的原理步骤。-比较new和malloc。-最后提到相关优化或注意事项。生成相关问题:在回答结束后,添加“相关问题”部分,基于主题生成2-3个问题。使用中文回答。确保LaTeX正确:如果有数学表达式,比如大小计算,使用$...$。例如,分配内存大小$sizeof(T)$。引用标识:由于参考了站内引用[1]和[2],我需要在回答中自然地添加引用。例如,当提到内存布局时,引用[^1];当提到new和malloc区别时,引用[^2]。用户上一次问题是关于new的原理,所以我的回答应该聚焦于此。最终回答结构:1.引言:解释动态堆内存分配的重要性。2.new原理详解:-步骤1:内存分配。-步骤2:对象初始化。-底层实现。3.与malloc的比较。4.注意事项(如异常安全)。5.总结。6.相关问题。相关问题想法:1.new和delete如何避免内存泄漏?2.在C++中,如何自定义operatornew?3.动态内存分配的性能影响是什么?</think>### C++ new 动态堆内存分配原理详解 在C++中,动态内存分配允许程序在运行时从堆(heap)区请求内存,这是实现灵活数据管理(如动态数组、对象创建)的关键机制。`new` 操作符是C++用于动态堆内存分配的核心工具,其原理涉及内存分配、对象初始化和底层系统调用的结合。下面我将逐步解释其工作原理,确保回答真实可靠,并基于C++标准(如C++11及以上)和常见编译器实现(如GCC、Clang)。 #### 1. **内存布局基础** C++程序的内存分为多个区域,堆区是专门用于动态内存分配的部分: - **栈(Stack)**:存储局部变量、函数参数等,内存由编译器自动管理。 - **堆(Heap)**:由程序员手动管理,内存分配通过`new`或`malloc`实现,堆空间向上增长(地址递增)。 - 其他区域如代码段、数据段等(详见引用[^1])。 堆内存的分配由操作系统提供支持,`new`操作符在堆上分配的内存需手动释放,否则会导致内存泄漏。 #### 2. **new操作符的工作原理** `new`操作符的执行分为两个核心步骤:**内存分配**和**对象初始化**。以语句`int* p = new int(10);`为例: - **步骤1:内存分配(Allocation)** `new`首先调用全局函数`operator new`来分配原始内存。`operator new`的默认实现: - 计算所需内存大小(如`sizeof(int)`字节)。 - 调用底层内存分配函数(通常是`malloc`或系统调用如`brk`/`mmap`)。例如,在Linux中,`malloc`内部可能使用`mmap`系统调用向内核申请堆内存[^2]。 - 如果分配失败,抛出`std::bad_alloc`异常(除非使用`new(std::nothrow)`)。 **底层示例**: 假设分配一个`int`类型变量: ```cpp void* raw_memory = operator new(sizeof(int)); // 内部等效于malloc(sizeof(int)) ``` 分配的内存大小以类型为单位,确保对齐(如`int`通常为4字节),这比C的`malloc`更安全(`malloc`以字节为单位,需手动计算大小)[^2]。 - **步骤2:对象初始化(Construction)** 内存分配后,`new`调用对象的构造函数进行初始化: - 对于内置类型(如`int`),直接写入初始值(如`*p = 10`)。 - 对于类类型,执行构造函数。例如: ```cpp class MyClass { public: MyClass() { /* 构造逻辑 */ } }; MyClass* obj = new MyClass(); // 先分配内存,再调用MyClass::MyClass() ``` 这一步是`new`与`malloc`的核心区别:`malloc`只分配原始内存,而`new`确保对象被正确初始化[^2]。 #### 3. **底层实现与系统交互** - **编译器层面的处理**: `new`表达式会被编译器转换为对`operator new`和构造函数的调用。例如: ```cpp int* p = new int(10); // 编译器生成伪代码: void* addr = operator new(sizeof(int)); // 分配内存 int* p = static_cast<int*>(addr); *p = 10; // 初始化 ``` - **操作系统交互**: `operator new`的默认实现最终调用`malloc`。`malloc`本身可能: - 使用系统调用(如Linux的`brk`或`mmap`)从堆区获取内存块。 - 维护内存池(free list)以提高分配效率,减少频繁系统调用。 例如,大块内存(如超过128KB)可能直接通过`mmap`分配,而小块内存从预分配的池中复用[^1]。 - **内存对齐与优化**: `new`保证内存对齐(alignment),如`new double`会按8字节对齐,避免硬件访问错误。数学上,对齐要求可表示为地址$A$满足$A \mod K = 0$($K$为对齐值)。 #### 4. **与malloc的区别及优势** - **类型安全**:`new`以类型大小(如$sizeof(T)$)为单位分配,无需手动计算字节数;`malloc`需显式指定字节数(如`malloc(sizeof(int))`)。 - **初始化支持**:`new`自动调用构造函数;`malloc`仅分配原始内存,需额外初始化。 - **错误处理**:`new`失败时抛出异常;`malloc`返回`NULL`。 - **语法集成**:`new`是C++关键字,支持重载和运算符特性(如`new[]`用于数组)。 引用[^2]强调:C++的`new`设计避免了C风格内存管理的常见错误(如忘记初始化或大小计算错误)。 #### 5. **注意事项** - **内存释放**:必须使用`delete`释放`new`分配的内存。`delete`调用析构函数并释放内存(内部调用`operator delete`,通常等效于`free`)。 - **性能开销**:频繁`new/delete`可能导致堆碎片或性能下降(可通过内存池优化)。 - **自定义分配**:用户可以重载`operator new`实现自定义内存管理(如使用内存池)。 #### 总结 `new`的动态堆内存分配原理核心是:**通过`operator new`分配原始内存(底层依赖`malloc`/系统调用),再调用构造函数初始化对象**。这一机制结合了类型安全和自动化,是C++高效资源管理的基础。实际应用中,建议优先使用智能指针(如`std::unique_ptr`)避免手动管理错误[^1][^2]。
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