五、C++内存管理机制 —— 分配器allocator（侯捷）

侯捷 C++八部曲笔记汇总 - - - 持续更新 ! ! !
一、C++ 面向对象高级开发
1、C++面向对象高级编程(上)
2、C++面向对象高级编程(下)
二、STL 标准库和泛型编程
1、分配器、序列式容器
2、关联式容器
3、迭代器、 算法、仿函数
4、适配器、补充
三、C++ 设计模式
四、C++ 新标准
五、C++ 内存管理机制
1、primitives
2、std::allocator
3、malloc/free
4、other allocators
5、loki::allocator
六、C++ 程序的生前和死后

该课程能让你：从平地到万丈高楼！—— 侯捷
做到：心中自有丘壑！
源码之前，了无秘密！

演变过程：

per-class allocator

1. 为了减少malloc的次数，使用我们重载的operator new(如下图右上角)，一次挖一大块，然后当作linked list 串穿起来，什么时候用到，直接给就行：
2. 降低cookie的用量，由于一次malloc就有两个cookie占用8个字节，会增加浪费率；
3. 所以使用 内存池 ，不仅可以加快速度（速度考虑），还能降低利用率（空间考虑）。
   

union : 借用同一个东西的前四个字节当作指针来使用，从而减少内存的膨胀。

delete没有使用 free ，没有将内存还给操作系统，但不是内存泄漏（还都在自己的手上）。
如果要还的话，技术难点会非常高，这件事后面再讨论。

static allocator

如果还是像上面那样，任何需要分配器的class都需要给它写一个版本，重复性动作太多了！！！
从软件工程的角度考虑，同样的东西应该把它集中到一个地方上去，这样将来如果改变也很方便，改一个地方就行了。

在面向对象领域我们不喜欢全局的东西，所以可以将上面的动作operator new / delete抽取出来，放到一个class里面，这个class就叫做allocator。

可以将allocator想象成一个指针，指向一个链表；意思是：每个class里面都有专门为自己服务的小型的static（静态的）allocator，这个allocator里面有一个单向链表：

• 这比先前的设计干净多了，application classes不再与内存分配细节纠缠不清，所有相关细节都让allocator去操心，我们的工作是让application classes正确工作。

还有一种偷懒的实现方式，就是把上图黄色的这些东西定义成宏！

global allocator

而标准库的allocator如下，它有16个自由链表：

标准库分配器 std::allocator

不同的编译器所附带的标准库里头的分配器做法可能都不一样，以下是当时三种主流编译器里面所带的分配器！

VC6 的标准分配器

可以对比最新的Visual Studio !

• VC6 的 allocator 只是以 ::operator new 和 ::operator delete 完成 allocate() 和 deallocate()，没有任何特殊设计。

• 如下图右上角，容器的第二个模板参数都是 allocator。

• 分配是以对象元素为单位。

BC5 的标准分配器

• 和VC6相同，没有任何特殊设计。

GNU2.9 的标准分配器

使用的是alloc，alloc是一个class：

• 使用里面的静态函数 alloc::allocate 和 alloc::deallocate；
• 512个字节，没有元素单元！

GNU4.9 的标准分配器

同样，没有任何特殊设计，和VC6，BC5一样。这个文件中已经说明，这个分配器没有用，容器的分配器不使用它！

GNU2.9 std::alloc

为什么要把他放在最后讲？因为侯老师认为它设计得最好。它和GNU4.9中的 __pool_allocator 相同。

设计是内存池的思想。

• 16个指针指向16条链表 【只服务大小为8 ~ 128字节的元素，超过128字节就调用malloc，就不归这个pool管理了】，每条链表分配不同大小的内存空间，从左往右每一条链表间隔8个字节。
• 理论上是这样的，但是在代码实现的时候，是首先申请一个大的内存块，然后在大的内存块上进行切分，所以不同链表之间会有连线。
• 每个链表会申请 $8\ast n\ast 20\ast 2$ 字节的内存空间，n 代表第 n 条链表 【也就是每一个块的大小为 $8\ast n$ 个字节】 ，20 表示将内存最多切分成20个子内存块 【根据这个设计团队的经验设定的】 ，2 表示会申请 2 倍大小的内存用于战备池。这些内存空间是cookie free的。

⭐️ embedded pointers

• 嵌入式指针：借用人家的前四个字节，当作指针。
• 下图的obj就相当于指针。