STL源码剖析——内存空间管理

STL内存空间管理工具alloc

1.第一级配置器__malloc_alloc_template

staic void *allocate(size_t n) {
    void *result = malloc(n);//直接调用malloc
    if (0 == n) result = oom_malloc(n);
    return result;
}

static void *deallocate(void *p, size_t n) {
    free(p);
}

static void *reallocate(void *p, size_t old_size, size_t new_size) {
    void *result = realloc(p, new_size);
    if (result == 0) result = oom_realloc(p, new_size);
    return result;
}

很明显一级配置器只是简单的对C函数malloc, free, realloc的封装，当malloc, realloc向系统申请空间失败时，这两个函数反复调用用户传过来的out of memory handler处理函数，直到申请到内存为止（类似C++的set_new_handler）。如果用户并没有传递__malloc_alloc_oom_handler则抛出__THROW_BAD_ALLOC异常 。

2.第二级配置器__default_alloc_template

第二级配置器为了避免小额区块造成的内存碎片问题，采用内存池来管理内存。当请求的内存大于128bytes时转调用第一级配置器。小于等于128bytes时就从此配置器维护的内存池中分配内存。

内存池采用free_list维护空闲内存空间，free_list如下

free_list 是这些空闲链表的起始地址组成的数组，大小为16，每个链表中空闲空间的大小都是固定的，大小分别为8，16，24，32，40，48 , 56 , 64 , 72 , 80 … 128bytes。还有两个指针start_free, end_free分别指向内存池的首尾，heap_size记录已分配出去的总大小。

内存分配规则如下

1.如果申请的内存空间大于128，转调用第一级配置器
2.将申请空间的大小上调至8的倍数size，并根据size找出对应的空闲链表地址free_list[index]
3.如果free_list[index]不为空则将此地址返回，free_list[index]指向空闲链表下个节点，为空则到4
4.此时free_list[index]中没有空闲块可用，调用refill函数，重填free_list

fefill过程如下:
1.调用chunk_alloc尝试申请大小为20 * size的空间，但是不一定能申请到20 * size
2.如果只获得了size * 1大小的空间，就把此空间分配给调用者，free_list无新节点，否则，将分配的空间的第一块返回给调用者，其余空间串接到free_list[index]维护的空闲链表上

chunk_alloc过程:
1.如果内存池空间（end_free - start_free）够 size * n(n默认为20)，则将空间分配出去，更新start_free，否则到2
2.内存池空间不够size * n，但是大于size，则分配 (end_free - start_free) / size个size大小的空间，更新start_free，否则到3
3.此时说明内存池剩余空间一个size大小的区块都不能提供，如果内存池中还有剩余空间（肯定小于size）则将此空间连接到到对应的空闲链表中
4.调用malloc申请 2 * size * n + ROUND_UP（heap_size >> 4）大小的空间，如果申请成功，更新start_free, end_free, heap_size，并重新调用chunk_alloc（更新n，即实际分配的区块数），否则到5
5.此时malloc也申请失败，则遍历free_list[index]到free_list[15]，只要有一个空闲，就释放出该链中的一个区块，更新start_free，end_free分别指向此块的首尾，再重新调用chunk_alloc（更新n，即实际分配的区块数）

内存释放规则如下

函数原型static void deallocate(void *p, size_t n)；
如果n > 128则调用第一级配置器直接free，否则调整free_list，回收此区块，将此区块添加到对应的free_list[index]维护的空闲链表中