c++的内存问题---内存碎片

1.内存碎片

描述一个系统中所有的不可用的空闲内存。

这些资源之所以仍然未被使用，是因为负责分配内存的分配器使这些内存无法使用（malloc/new分配的是连续性空间，导致小内存无法分配）。这一问题通常都会发生，原因在于空闲内存以小而不连续方式出现在不同的位置。由于分配方法决定内存碎片是否是一个问题，因此内存分配器在保证空闲资源可用性方面扮演着重要的角色。

实际上这些空闲内存碎片存在的方式有两种：

      a.外碎片：外部碎片指的是还没有被分配出去（不属于任何进程），但由于太小了无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲区域。如下图C块，如果被其它malloc/free后内存块太小，就容易产生碎片。

      b.内碎片：内部碎片就是已经被分配出去（能明确指出属于哪个进程）却不能被利用的内存空间；

2.产生的原因

2.1 内外部碎片

       内部碎片的产生：因为所有的内存分配必须起始于可被 4、8 或 16 整除（视处理器体系结构而定）的地址或者因为MMU的分页机制的限制，决定内存分配算法仅能把预定大小的内存块分配给客户。假设当某个客户请求一个 43 字节的内存块时，因为没有适合大小的内存，所以它可能会获得 44字节、48字节等稍大一点的字节，因此由所需大小四舍五入而产生的多余空间就叫内部碎片。

      外部碎片的产生： 频繁的分配与回收物理页面会导致大量的、连续且小的页面块夹杂在已分配的页面中间，就会产生外部碎片。假设有一块一共有100个单位的连续空闲内存空间，范围是0~99。如果你从中申请一块内存，如10个单位，那么申请出来的内存块就为0~9区间。这时候你继续申请一块内存，比如说5个单位大，第二块得到的内存块就应该为10~14区间。如果你把第一块内存块释放，然后再申请一块大于10个单位的内存块，比如说20个单位。因为刚被释放的内存块不能满足新的请求，所以只能从15开始分配出20个单位的内存块。现在整个内存空间的状态是0~9空闲，10~14被占用，15~24被占用，25~99空闲。其中0~9就是一个内存碎片了。如果10~14一直被占用，而以后申请的空间都大于10个单位，那么0~9就永远用不上了，变成外部碎片。

2.2 系统内存回收机制问题

      内存碎片是一个系统问题，反复的malloc和free，而free后的内存又不能马上被系统回收利用。

3.内存碎片的弊端和优点

缺点：大量的内存碎片会使系统缓慢，原因在于虚拟内存的使用会使内存与硬盘之间的数据交换称为系统缓慢的根源,最终造成内存的枯竭!

优点：减少内存碎片，提高分配速度，便于内存管理，防止内存泄露

4.如何避免内存碎片的产生

   1>少用动态内存分配的函数(尽量使用栈空间)

   2>分配内存和释放的内存尽量在同一个函数中（避免内存泄漏）

   3>尽量一次性申请较大的内存2的指数次幂大小的内存空间，而不要反复申请小内存(少进行内存的分割)

   4>使用内存池来减少使用堆内存引起的内存碎片

   5>尽可能少地申请空间

   6>尽量少使用堆上的内存空间~

   7>做内存池，也就是自己一次申请一块足够大的空间，然后自己来管理，用于大量频繁地new/delete操作。