《STL原始碼剖析》學習筆記第2章空間配置器

sgi stl 的配置器與眾不同，也與標準規範不同，其名稱是 alloc 而非 allocator ，而且不接受任何引數。

我們所習慣的c++記憶體配置操作和釋放操作如下：

class foo ;
foo* pf = new foo; // 配置記憶體，然後構造物件
delete pf; // 將物件析構，然後釋放記憶體

這其中的new 操作符（new operator）包含兩階段操作：

（1）呼叫operator new配置記憶體

（2）呼叫foo::foo( )建構函式構造物件內容。

delete操作符包含兩階段操作：

（1）呼叫foo::~foo( )析構函式將物件析構。
（2）呼叫operator
delete釋放記憶體

注：如果只是進行空間分配操作，那麼使用operator new就可以了，就好比c的malloc函式；如果已經分配好了空間，想在上面構造乙個物件，那麼可以使用placement new。

stl allocator 將這兩階段操作區分開來。記憶體配置操作由 alloc::allocate() 負責，記憶體釋放操作由 alloc::deallocate() 負責；物件構造操作由 ::construct() 負責，物件析構操作由 ::destroy() 負責。

記憶體空間的配置/釋放與物件內容的構造/析構，分別著落在和這兩個檔案身上。此外還有乙個檔案，這裡定義了一些全域性函式，用來填充(fill)或複製(copy)大塊記憶體資料，它們也都隸屬於stl標準規範。

總結：

stl空間配置器主要分三個檔案實現：

（1）：這裡定義了全域性函式construct()和destroy()，負責物件的構造和析構。

（2）：檔案中定義了

一、二兩級配置器，彼此合作，配置器名為alloc。

（3）：這裡定義了一些全域性函式，用來填充(fill)或複製(copy)大塊記憶體資料，他們也都隸屬於stl標準規範。

stl提供了五個全域性函式用於處理空間，分別為：

1. construct 用於構造；
2. destroy 用於析構；
3. uninitialized_copy(first, last, result) 將[first,last)
範圍內的物件複製到result處；
4. uninitiated_fill(first, last, x) 將[first,last)範圍內的內
存用物件x的副本填充；
5. uninitiated_fill_n(first, n, x) 將first開始的n個連續的記憶體
空間用x的副本填充；

簡單來說，alloc主要在如下方面超越了allocator

1.通過記憶體池技術提公升了分配效率: 2.對小記憶體頻繁分配所可能造成的記憶體碎片問題的處理

3.對記憶體不足時的處理

sgi stl在中定義了兩級配置器。第一級空間配置器使用malloc/free函式，當分配的空間大小超過128 bytes的時候使用第一級空間配置器；第二級空間配置器使用了記憶體池技術，當分配的空間大小小於128 bytes的時候，將使用第二級空間配置器。

當使用者申請大區塊時，它將其交予第一級配置器。當使用者申請小區塊時，將與記憶體池打交道，記憶體池通過自由鍊錶(free-list)來管理小區塊，當記憶體池不足時，會一次性向堆中申請足夠大的空間。使用者可以通過巨集來控制使用哪一級配置器(預設為二級配置器)。

static void
* allocate(size_t __n)
else 
}return __ret;
};

大量分配小塊的記憶體空間會帶來問題：一是從執行庫的堆管理器中取得的記憶體（如通過malloc獲得），會有一部分空間用於儲存管理資訊，用於管理各個記憶體塊，導致記憶體的使用率降低；二是過多的小塊記憶體會帶來記憶體碎片問題；採用合適的記憶體池技術可以避免這些問題。

配置器除了負責配置，也負責**。為了管理方便，sgi第二級配置器會主動將任何小額區塊的記憶體需求量上調至8的倍數。並維護16個free-lists，各自管理大小分別為8，16，24，32，40，48，56，64，72，80，88，96，104， 112，120，128 位元組的小額區塊。當申請小於等於128位元組時就會檢查對應的free list，如果free-list中有可用的區塊，就直接拿來，如果沒有，就準備通過refill為對應的free-list 重新填充空間。free-list的節點結構如下：

union obj
;

這裡使用union結構，是為了節省空間。

空間的**，則是把記憶體重新加入到free-list對應的節點鍊錶上去。

前面提到，如果free-list中沒有可用的區塊，就通過refill為對應的free-list 重新填充空間。此時refill進行了怎樣的操作呢？

預設操作是通過_s_chunk_alloc從記憶體池中取得20個新的節點新增到free-list鍊錶中，而如果記憶體池中的記憶體不夠用，這時候能分多少就分多少節點，返回的相應的節點數。再萬一記憶體池乙個節點都提供不了，就給記憶體池新增空間，如果失敗，再丟擲bad_alloc異常。

template
void*
__default_alloc_template<__threads, __inst>::_s_refill(size_t __n)
else 
}return(__result);
}

通過_s_chunk_alloc，從記憶體池中分配空間給free-list。_s_chunk_alloc的流程總結如下：

1、記憶體池有足夠大小的空間，則分配申請的空間； 2、記憶體池沒有足夠大小的空間，但是至少還能分配乙個節點的空間，則能分多少分多少； 3、記憶體池乙個節點都騰不出來，向系統的heap申請2倍於要求大小的空間，在此之間，如果記憶體池剩餘有空間，則放到free-list中去； 4、如果向heap申請空間失敗，那麼只能看free-list中更大的節點是否有可用空間了，有則用之，同時遞迴呼叫自身修正__nobjs； 5、如果free-list也沒有可用節點了，那麼轉向第一級空間配置器申請空間；

6、再不行，第一級空間配置器就丟擲bad_alloc異常。

如果有需求的話，記憶體池中會不斷的通過malloc申請新的記憶體，最後記憶體池所擁有的記憶體也會越來越大，當然最後程序結束的時候，這些記憶體都會由作業系統收回。

部分參考自

《STL原始碼剖析》學習筆記第2章空間配置器

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