STL-ch2-空间配置器
STL空间配置器
文章目录
- 空间配置器——《STL源码剖析》chapter2
- 2.1 STL标准规定的空间配置器的标准接口
- 2.2 具有次配置能力的SGI STL空间配置器
- 2.2.1 SGI也实现了STL标准规定的`std::allocator`
- 2.2.2 SGI中的特殊配置器名字叫`std::alloc`
- 2.2.3 构造和析构基本工具`::construct()`和`::destroy()`
- 2.2.4 空间的配置与释放`std::alloc`
- 2.2.5 第一级配置器`malloc_alloc`
- 2.2.6 第二级配置器
- 2.2.7 空间配置函数`allocate()`
- 2.2.8 空间释放函数`deallocate()`
- 2.2.9 重新填充`refill()`
- 2.2.10 内存池
空间配置器——《STL源码剖析》chapter2
2.1 STL标准规定的空间配置器的标准接口
- STL规定的空间配置器的名称是
allocator - 包含下列typedef：
value_typepointer/const_pointerreference/const_referencesize_typedifference_type
- 包含
allocator::rebind - 包含成员函数：
allocate(),deallocate(),construct(),destroy()。这4个全是成员函数，作用分别是：配置空间，释放配置空间，构造对象，析构对象。 - SGI实现的STL未遵守STL标准的规定，使用的是一个具有次配置能力（sub-allocation）的特殊配置器。
2.2 具有次配置能力的SGI STL空间配置器
2.2.1 SGI也实现了STL标准规定的std::allocator
但是不建议用（只是对operator new和operator delete做了简单封装）
2.2.2 SGI中的特殊配置器名字叫std::alloc
-
class Foo{...}; Foo *pf = new Foo; delete pf;上面的new算式包含两阶段操作：1. 调用
operator new配置内存，2. 调用Foo::Foo()构造函数对象。delete算式也包含两阶段操作：1. 调用
Foo::~Foo()将对象析构，2. 调用operator delete释放内存。 -
为了精密分工，STL配置器将这两阶段操作区分开来。内存的配置和释放由
alloc的成员函数alloc::allocate()和alloc::deallocate()来负责，对象的构造和析构由全局函数::construct()和::destroy()来负责。 -
标准规定，配置器定义于头文件
#include（这里面定义了一二级配置器）和#include（这里定义了全局的::construct()和::destroy()）。
2.2.3 构造和析构基本工具::construct()和::destroy()
::construct()：利用placement new在传入的地址上构造对象。::destroy()：有多个版本。1. 接受一个指针类型：直接调用指针指向对象的析构函数；2. 接受两个迭代器，需要先判断类型的析构函数是否trival（无关紧要），如果trival就什么都不做，如果不trival就遍历，依次调用上一个版本的destroy()。
2.2.4 空间的配置与释放std::alloc
- 考虑小区块造成的内存破碎问题，SGI设计了双层级配置器。
- 第一级：直接使用
malloc()和free()。 - 第二级：
- 如果配置区块大小超过128byte，直接用
malloc()和free()。 - 如果配置区块大小不足128byte，为降低额外负担，采用复杂的memory pool整理方式。
- 如果配置区块大小超过128byte，直接用
2.2.5 第一级配置器malloc_alloc
-
template<int inst> class __malloc_alloc_template__{...}; //别名 typedef __malloc_alloc_template__<0> malloc_alloc; -
allocate()直接使用malloc()。 -
deallocate()直接使用free()。 -
模拟C++的
set_new_handler()以处理内存不足的状况。
2.2.6 第二级配置器
-
sub-allocation：每次配置一大块内存，并维护对应之自由链表（free-list）。下次若再有相同大小的内存需求，就直接从free-lists中拔出。如果客端释还小额区块，就由配置器回收到free-list中。
-
第二级配置器会自动将内存需求量上调至8的倍数，并维护16个free-lists（分别管理8,16,24,32,40,48,56,64,72,80,88,96,104,112,120，128bytes的小额区块）
-
free-list节点的结构
union obj{ union obj * free_list_link; char client_data[1]; };使用
union，一物二用，每个节点不需要额外的指针来维护链表。
2.2.7 空间配置函数allocate()
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源码：
// n must be > 0 static void * allocate(size_t n) { obj * volatile * my_free_list; obj * result; // 大于128就调用第一级配置器 if(n>(size_t)__MAX_BYTES){ return (malloc_alloc::allocate(n)); } //寻找16个free-lists中适当的一个 my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(n); result = *my_free_list; if(result == 0){ //没有可用free-list，准备重新填充free-list void *r = refill(ROUND_UP(n)); return r; } //调整free-list *my_free_list = result->free_list_link; return (result); } -
第一步：找打n对应的free-list；第二步：将result指向这个free-list的开头；第三步：调整free-list。二三两步就是将一个区块从free-list中摘下来。
-
如果没有可用的free-list，调用
refill()重新填充free-list
2.2.8 空间释放函数deallocate()
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源码：
//p 不可以是0 static void deallocate(void *p, size_t n) { obj *q = (obj*)p; obj *volatile * my_free_list; // 大于128就调用第一级配置器 if (n>(size_t)__MAX_BYTES){ malloc_alloc::deallocate(p,n); return; } my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(n); //调整free-list，回收区块 q->free_list_link = *my_free_list; *my_free_list = q; }
2.2.9 重新填充refill()
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当free-list没有可用区块的时候，
refill()从内存池中获取新的空间。 -
缺省获得20个区块大小的空间，若内存池空间不足，实际获取的区块可能不足20。
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源码
//假设n已经上调至8的倍数 template <bool threads, int inst> void* __default_alloc__template<threads,inst>::refill(size_t n) { int nobjs = 20; //调用chunk_alloc()，尝试获得nobjs个区块作为free-list的新节点 //注意参数nobjs是pass by reference char* chunk = chunk_alloc(n,nobjs); obj * volatile * my_free_list; obj * result; obj * current_obj, * next_obj; int i; //如果只有一个区块，这个区块就分配给调用者用，free-list无新节点 if(n==1) return (chunk); //否则准备调整free-list my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(n); //以下在chunk空间内建立free-list result = (obj*) chunk; //这一块准备返回给客端 //以下引导free-list指向新配置的空间 *my_free_list = next_obj = (obj*)(chunk+n); //以下将free-list的各节点串联起来 for(i=1;;i++){ current_obj = next_obj; next_obj = (obj*)((char*)next_obj+n); if(nobjs-1 == i){ current_obj->free_list_link = 0; break; }else{ current_obj->free_list_link = next_obj; } } return (result); }
2.2.10 内存池
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chunk_alloc()从内存池中取空间给free-list使用，在refill()中被调用。 -
template <bool threads, int inst> char* __default_alloc_template__<threads,inst>:: chunk_alloc(size_t size, int& nobjs) { //··· } -
chunk_alloc()的格式如上面所示，根据传进来的size和nobjs分配空间。 -
首先在
__default_alloc_template__类中有两个指针：start_free和end_free，两个指针都是static char*格式，分别指向内存池起始位置和内存池结束位置。 -
chunk_alloc()以end_free-start_free判断内存池的水量，如果水量充足，就直接调出20个区块返回给free-list。 -
如果水量不足以提供20个区块，但还足够提供一个以上的区块，就拨出这不足20个区块的空间出去。此时pass by reference的
nobjs参数将被修改为实际能提供的区块数。 -
如果内存池连一个区块空间都不够了，就调用
malloc从heap中配置内存，为内存池注入源头活水以应付需求。 -
万一山穷水尽，整个system heap空间都不够了，
malloc失败，chunk_alloc就四处寻找有无“尚有未用区块，且区块足够大”之free-list。找到了就挖一块交出，找不到就调用第一级配置器（寄希望于第一级配置器的out-of-memory处理机制）。如果可以就成功，否则就抛出bad_alloc异常。