STL学习笔记(三)：空间配置器

我们首先来看一下STL空间配置器中的第一级和第二级配置器：

第一级配置器：_malloc_alloc_template

_malloc_alloc_template直接使用C语言中的malloc、free和realloc进行申请、释放和重新申请的操作，并且在内存空间不足情况下模拟C++的set_new_handler(）。

什么是set_new_handler机制？
当内存空间不足的情况下，不是直接抛出 bad_alloc，而是先执行一个处理的涵式，这个涵式就是set_new_handler。这个机制下，有机会释放其他的记忆体来给当前申请使用。如果失败了才会继续执行抛出 bad_alloc的操作。

为什么不能直接使用C++的set_new_handler？
因为SGI的STL中配置空间使用的是malloc并非采用new，所以就不能使用C++里面的set_new_handler机制。

第二级配置器：__default_alloc_template

__default_alloc_template拥有一个配置涵式：allocate()。allocated首先判断申请空间的大小，如果大于128bytes就呼叫第一级配置器，如果小于128bytes就检查对应的 free_list。如果 free_list 之内有可用的块儿就直接用，如果没有可用的块儿就将区块儿上调至8的倍数，然后呼叫refill()，准备为 free_list 重新填充空间。

第二级配置器维护 16 個 free_lists，各自管理大小分別为 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 72, 80, 88, 96, 104, 112, 120, 128 bytes。（都是8的倍数）

因为这些free_list中需要指针来指向链表的下一个节点，为了节省额外的指针开销，我们使用了union。free_list节点结构如下：

 union obj { 
     union obj * free_list_link;        
     char client_data[1];    /* The client sees this. */ 
};

记忆池

记忆池用来给 free_list 提供块儿。这些工作是由chunk_alloc()函数完成的，并且如果记忆池水量充足时，都是一次拿出20块儿大小，除了给客户使用的，剩下的都放在free_list中。
注意：当记忆池为空的时候，如果 free_list 继续像记忆池申请空间，那么记忆池会申请两倍的空间大小，并将其中一半给 free_list，另一半存在记忆池中。（所以初次申请空间的时候一定是申请两倍的，因为记忆池初始为空）

我们举例说明记忆池的工作方式：
程序一开始，客户申请32字节大小的空间，此时free_list[3]为空，调用 chunk_alloc(32, 20)，于是记忆池malloc了40个32bytes的区块儿，其中第一个交出，另19个交给free_list[3]维护，剩下的20个留在记忆池中。接下来客户呼叫chunk_alloc(64, 20)，free_list[7]为空，请求记忆池，而记忆池只能提供10个块儿（32*20/64=10）。第一个给客户，另9个给free_list[7]维护，记忆池为空。如果接下来继续chunk_alloc(96, 20)，此时free_list[11]为空，记忆池也为空，于是记忆池malloc了40+n（附加量）个96bytes的区块，第一个交出，另19个给free_list[11]维护，剩余20+n存在记忆池中。

注意：如果整个系统的heap空间都不够了，那么记忆池的malloc操作就会失败，chunk_alloc就会到处寻找有没有空闲的free_list，如果有交出，如果没有呼叫第一级配置器，第一级配置器也是使用malloc，但是第一级配置器有 out_of_memory机制（模拟C++的new_handler机制），这个机制有机会释放其他记忆体来使用，如果可以则成功，否则抛出bad_alloc异常。