读书笔记：STL源码剖析的再剖析 - allocator配置器

读书笔记：STL源码剖析的再剖析 - allocator配置器

 

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Justin 于 2009-10-28

看的版本是 侯捷的繁体版 ，有些术语乃至字都有些难懂。进度和理解程度竟然也没比英文的好多少@#￥%

侯捷把allocator译为配置器。配置器的接口大多不被STL用户看到，它的重要性在于几乎所有的其他STL对象都会请到它来配置(内存)资源。

STL自己的配置器有两套。第一套allocate是简单的对C++的operator new和delete的封装，STL自己没有用，也不推荐别人用(那你写来做啥捏？)；第二套alloc是基于malloc、realloc和free实现的。alloc自身又有两级：

• 二级配置器实际上是个内存仓库管理员。当有资源申请需求时，alloc会先判断所需空间的大小。如果等于或小于128bytes，就使用二级配置器。这个内存仓库管理员有16个储藏室，分别存放着分配好的8bytes、16bytes、24bytes直至128bytes的内存块。二级配置器的设计基本就是STL allocator的精华了，本文最后会继续记录有什么需要注意的地方。
• 当需求空间大于128bytes时，我们就需要一级配置器申请。它没有什么现成的资源可以直接分配，而是用malloc/realloc向系统讨的。对于申请失败的处理，STL仿照C++的处理机制，提供了接口由客户指定函数作为new handler，以处理内存不足的情况。如果用户没有指定相应的函数，则直接抛出异常。

OK，重新回到二级配置器的可圈可点之处：

1. union的使用。“内存仓库管理员”的16个“储藏室”实际上是16个单向的linked-list，list中的每个节点就是一块内存。一块挂在list上的内存是没有被人用的，所以书上说它叫free list。说实话，如果是我来做这样的list的话，节点的设计一定是小学生水平，用一个struct，里面两个指针：一个指向空闲的内存，一个指向下一个节点。STL给我上了一课：使用union。(好吧，我还是要抄一下代码)：
   
   union obj  {
         union obj* free_list_link;
         char client_data[1]; /**//* The client sees this. */
   } ;
   
   我认为这里巧妙的利用了free list的这一个特点：当一块内存还挂在list上时，没有人在意这块内存里是什么；当真的有人要读写这块内存的时候(也就是已经分配给用户使用的时候)，这块内存已经和list没有任何瓜葛了。
   因此，同一块内存就可以在不同的时间扮演不同的角色：挂在list的时候就储存下一块内存的地址，脱离list后就随便你存放什么了。union几乎就是为这一功能量身定做的！减少了原来小学生设计的50%空间消耗！哇呀呀，太巧妙啦～～（请原谅我的浅薄，不知为不知，是知也……）
2. 当申请空间的大小不是8bytes的整数倍时，用一个函数ROUND_UP向上取整为8bytes的整数倍数。这个函数是用位操作一次实现的。(好吧，我会去看Hacker’s Delight的……)
3. 当没有某一个“储藏室”内内存用完了，而且这个时候又有用户申请时(哪壶不开提哪壶啊)的处理方法比较曲折，以下是我的解读(当然还是要免责一下：极小可能是完全正确的@#￥%)
      碰到开门后发现“储藏室”没有存货的时候，二级配置器的第一个反应就是向内存池(memory pool)求助(外援？)：
   • 如果内存池有足够的货，就直接把需要的内存拨到相应的list上(发货到储藏室)。大功告成。
   • 如果内存池还有空余内存，但是不能完全满足需要，那就本着互助互惠的原则，能给多少就给多少并且告诉你我只能给你XX个了，剩下的你自己去想办法吧。仁至义尽。
   • 如果内存池的库存连一个单元的需求都满足不了了，面对的事情就比较罗嗦了：
     • 先看看内存池还有没有剩下的资源，如果有，虽然不能满足当前的申请需要(比如说是56bytes)，但可以放到更小一些的“储藏室”里嘛(比如说24bytes)。既然来了，能拿走的就拿走，总比空手回去好……
     • 通过malloc向系统要资源(爸，我要你的钱)。因为是malloc，所以是在堆上(heap)找空闲的内存。既然是申请，自然就有以下两种结果：
       • malloc成功，总算抓住一根救命稻草。后面的工作就简单了，把堆上的内存扔到内存池，然后通过函数嵌套重新回到内存池里申请资源。
       • malloc失败(儿啊，家里也不宽裕了……)。外援是援不了了，这次真的是只能靠自己了。重新检查free list(储藏室)里的可用资源，不过这回是看看更大尺寸的free list里有没有可以用的(比如申请的是56bytes，这次回头看看有没有64bytes、72bytes等可以利用的内存块)，如果有，就拿出一块，放回到内存池里。接下来就是通过函数嵌套重新回到内存池里去找资源了。说白了这种做法就是拆东墙补西墙@#￥%
         
         如果自己家里也没存货了(所有大的储藏室都没有空余的内存块可以返回到内存池里)，还真是屋漏偏逢连夜雨啊……没有其他办法了，只好求助本家兄弟——一级配置器，反正如果它也搞不定，就抛出异常，谁爱管就管去吧，老子管不了也不想管了@#￥%
4. __true_type与__false_type的使用。这个我会再专门写一篇学习笔记。【链接临时占位】

其实真正的STL配置器应该要更加复杂，因为侯捷在写这本书的时候为了省事就把多线程(书中称为多绪)的部分给跳过了。