STL::空间配置器

//我们知道空间配置器在实现的时候其实是封装了一层malloc，如果定义了__USE_MALLOC宏就用一级空间配置器，
//没有的话就是二级空间配置器.

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//////////一级空间配置器(内存大于128b)
//1、申请空间,利用allocate,释放空间使用deallocate
//2、申请空间失败调用异常处理函数


//二级空间配置器就是负责小块内存的分配
template<int inst>
class __DefaultAllocTemplate
{
    //二级空间配置器中首先包含一个内存池，其次就是一个自由链表
public:
    static void* Allocate(size_t bytes)
    {
        if (bytes > (size_t)_MAX_BYTES)
        {
            //这是内存池中空间数量的最大值，所以必须向一级空间配置器申请

        }
        //先在自由链表中找出对应bytes的位置，看此位置下面有没有挂空间
        size_t index = FREE_LIST_INDEX(bytes);
        Obj* result;
        result = _free_list[index];
        if (result == 0){
            //对应位置没有空间，这是就应该去内存池中申请
            //bytes个空间，但是注意拿下来应该也要是8的倍数
            void* res = Refill(ROUND_UP(bytes);
        }
        //拿走一个bytes大小的空间，相当于头删
        _free_list[index] = result->free_list_link;
        return result;
    }
    size_t FREE_LIST_INDEX(size_t bytes){
        //算出Bytes在自由链表中映射的下标
        return (bytes + _ALIGIN - 1) / _ALIGIN - 1;
    }
    size_t ROUND_UP(size_t bytes){
        //计算给定的bytes取整到_ALIGIN的整数倍，此处_ALIGIN是8，所以处理成8的倍数就是保证处理
        //后的第三位都为0，其他任意就都可以被8整除
        return (bytes + _ALIGIN - 1)&~(_ALIGIN - 1);
    }
    static void* Refill(size_t bytes)
    {
        //此时系统默认一次取出20个对象的空间（这是因为一些容器在插入元素时就会增容申请空间，
        //本来他们的这种操作就是线程不安全的，所以就要尽量的避免频繁的去取，假如一个正在insert申请空间，
        //另外一个也要申请空间就会产生死锁）
        size_t nobjs = 20;
        char* chunk = ChunkAllocate(bytes, nobjs);
        if (nobjs == 1){
            //如果只有一个那就直接返回
            return chunk;
        }
        //20个对象成功申请到，就返回一个，将剩余的19个直接挂在自由链表的对应位置处
        size_t index = FREE_LIST_INDEX(bytes);
        Obj** myfreelist = _free_list + index;
        //本来一个格子里面就是一个Obj*,因为要头插用一个二级指针来保存当前格子的地址。
        Obj* result = (Obj*)chunk;//返回的空间的地址
        Obj* next_obj = (Obj*)(chunk + bytes);
        Obj* cur_obj;
        for (size_t i = 0; i < 19; i++){
            cur_obj = next_obj;
            next_obj = (Obj*)((char*)(next_obj + bytes));
            cur_obj->free_list_link = next_obj;
        }
        cur_obj->free_list_link = 0;
        return result;
    }
    //bytes:一个对象的大小，nobjs:对象的个数
    static char* ChunkAllocate(size_t bytes, size_t nobjs)
    {
        //本来是想要20个对象的空间，此处处理的时候如果够20个就拿走20个，
        //如果不够再看够不够至少一个对象的，假如向够的话就返回一个对象，
        //连一个对象也分配不出来了此时有两种解决方法
        //1、直接向系统申请
        //2、在自由链表中index后面的位置去找
        size_t totalbytes = bytes*nobjs;
        size_t bytesleft = _end_free - _start_free;
        if (bytesleft > totalbytes){
            //说明空间足以分配出20个对象。
            return _start_free;
            _start_free += totalbytes;

        }
        //不足以分配20个对象，但起码够一个对象,有多少拿多少
        if (bytesleft >= bytes){
            nobjs = (_end_free - _start_free) / bytes;
            _start_free += nobjs*bytes;
            return _start_free;
        }
        //此时内存池已经没有办法分配出一个对象的空间了，
        //此时要做两件事首先将内存池中剩余的空间挂到自由链表上,避免了内存碎片
        if (bytesleft > 0){
            Obj**  myfreelist = _free_list + FREE_LIST_INDEX(bytesleft);
            ((Obj*)_start_free)->free_list_link = *myfreelist;
            *myfreelist = (Obj*)_start_free
        }
        //其次就是重新向系统申请内存,这时就要求申请2*totalbytes再多一点(8个字节)相当于40倍的bytes
        size_t bytes_to_get = 2 * totalbytes + ROUND_UP(heap_size >> 4);
        _start_free = (char*)malloc(bytes_to_get);
        if (_start_free == NULL){
            //说明向堆申请空间的时候也失败了,尝试向自由链表Bytes对应位置后面的空间
            Obj**  myfreelist = _free_list + FREE_LIST_INDEX(bytes);
            Obj* p;
            for (int i = index + 1; i < 15; i++){
                myfreelist = _free_list + i;
                p = *myfreelist;
                if (p != NULL){
                    *myfreelist = p->free_list_link;
                    _start_free = (char)* p;
                    _end_free = _start_free + (i+1)*_ALIGIN;
                    return (ChunkAllocate(bytes, nobjs));
                }
            }
            //说明链表中也没有了可以申请的空间，此时就要依赖我们的一级空间配置器
            heap_size += bytes_to_get;
            _start_free += bytes_to_get;
            return (ChunkAllocate(bytes, nobjs));
        }
    }
private:
    char* _start_free;
    char* _end_free;

    enum{_ALIGIN = 8};//这是自由链表每一格代表的空间数
    enum{_MAX_BYTES = 128};//自由链表总共空间的大小
    enum{_FREE_LIST_SIZE=_MAX_BYTES/_ALIGIN};

    typedef union Obj{
        union Obj* free_list_link;
        char client_data[1];
    }Obj;//将自由链表想象成哈希表，下面还会挂链表

    Obj* _free_list[_FREE_LIST_SIZE];//顺序表，每个元素是一个Obj*的对象

};