C C 中記憶體分配與STL中的空間配置

stl空間配置器

最近在看侯捷的《stl原始碼解析》，按照裡面的思路寫了乙個迷你的stl，由於stl中的記憶體分配和空間配置較為複雜，在這裡總結一下。

c語言中主要有三個函式進行記憶體分配，分別是malloc,realloc,calloc，釋放記憶體的函式是free，標頭檔案是

函式原型：void *malloc(unsigned int num_bytes);。分配的是以位元組計算的結果，返回的指標型別是void*。

注意：不會進行初始化操作，需要手動計算分配的空間大小，同時需要對返回的型別進行強制轉化。

使用：

int * a = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);

for (int i = 0; i < 10; ++i)
*(a + i) = i;
for (int i = 0; i < 10; ++i)
cout
<< *(a + i) << " ";
// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

對原來的位址進行重新分配。如果分配的空間小於原來的空間，還是會在原來的位址上。如果分配的空間大於原來的空間，如果原位址後面空間足夠，則繼續分配；否則會先釋放原來的空間，然後分配新的位址。

函式原型：void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

使用：

int *b = (int*)realloc(a, sizeof(int) * 5);

cout
<< (int)b << " "
<< (int)a << endl;    // 位址一定相同
int *b = (int*)realloc(a, sizeof(int) * 50);
cout
<< (int)b << " "
<< (int)a << endl;    // 位址可能相同

函式原型：void *calloc(size_t n, size_t size)；

兩個引數分別是分配的元素個數和單個元素的大小。calloc的最大特點是會將分配的記憶體初始化為0

使用：

int *c =(int*)calloc(10, sizeof(int));

for (int i = 0; i < 10; ++i)
cout
<< *(c + i) << " ";
// 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

函式原型：void free(void *ptr)

釋放空間，但需要手動把指標置空，因為只是釋放並沒有改變指標的指向，只是這一塊記憶體已經不屬於這個指標。

c++ 中使用new/delete來代替c語言中的相關庫函式。主要區別如下：

1.new/delete是操作符不是庫函式

2.new會自動計算空間大小

3.new除了分配空間，還會自動呼叫物件的建構函式，對申請的空間進行構造

4.delete會先呼叫析構函式，然後釋放空間

正常情況下new/delete都是完成空間申請，物件構造，物件析構，空間釋放功能，但也有幾個不同的函式原型，提供不同的功能。

1.plain new

這個就是正常的new，在分配失敗的情況下，丟擲異常std::bad_alloc而不是返回null。

void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc);

void operator delete(void *) throw();

2.nothrow new

這是不丟擲異常的new形式，如果分配失敗，返回null。

void * operator new(std::size_t,const std::nothrow_t&) throw();

void operator delete(void*) throw();

3.placement new

在一塊已經分配空間的記憶體上構造物件，不分配新的空間，不會丟擲異常。

void* operator new(size_t,void*);

void operator delete(void*,void*)

allocate分配空間

construct構造

destroy析構

deallocate釋放記憶體

memory的函式將new/delete的功能拆成四個部分，分別是申請空間，構建，析構，釋放。

具體使用：

allocator alloc;

// 分配
auto begin = alloc.allocate(10);
auto p = begin;
// 構造
for (int i = 0; i < 10; ++i)
alloc.construct(p++, i);
for (int i = 0; i < 10; ++i)
printf("%d ", *(begin + i));
printf("\n");
// 析構
p = begin;
for (int i = 0; i < 10; ++i)
alloc.destroy(p++);
// 釋放記憶體
alloc.deallocate(begin, 10);

一級空間配置器分配的是大於128位元組的空間

如果分配不成功，呼叫控制代碼釋放一部分記憶體

如果還不能分配成功，丟擲異常

維護乙個鍊錶，鍊錶每個節點是8的倍數大小，每乙個子鍊錶擁有相同大小的節點。

如果在自由鍊錶查詢不到或者塊數不夠，則向記憶體池進行申請，一般一次申請20塊

如果記憶體池空間足夠，則取出記憶體

如果不夠分配20塊，則分配最多的塊數給自由鍊錶，並且更新每次申請的塊數

如果一塊都無法提供，則把剩餘的記憶體掛到自由鍊錶，然後向系統heap申請空間，如果申請失敗，則看看自由鍊錶還有沒有可用的塊，如果也沒有，則最後呼叫一級空間配置器

在stl的實現中，封裝原始的alloc，原始的alloc只分配固定原始的空間，並不會構建和析構物件。封裝後的******allocate能夠分配空間，構建物件，析構物件，釋放空間。構建物件使用palcement new，析構物件顯式呼叫析構函式。

具體實現：

template

class ******allocate
static
void deallocate(value_ptr p, size_type n)
static
void construct(value_ptr p, const value_type &value)
static
void destroy(value_ptr p)
};template
allocator******allocate::alloc = allocator();

完整**見github

如有錯誤，歡迎指正~

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