c++ stl源码-我理解的空间配置器

背景

软件开发过程中，我们总是频繁的使用一些小块的内存，进行类型的定义，对象内存的动态申请或释放。这个过程很容易产生内存碎片。为此stl设计时采用了享元模式进行内存管理，通过开辟一小块让空间配置器进行管理，从而解决这些问题。

stl空间配置器的实现策略

内存空间大小为128字节，用户申请空间如果小于128，就使用空间配置器管理。多于128，就使用malloc，free进行处理

空间配置器的实现机制

内存池+自由链表

为了便于管理，空间配置器在分配的时候都是以8的倍数对齐，只需要管理128内存区间的16个自由链表节点就行，但这样实际依旧会有内存碎片产生，比如7/8,9/16；

重点 chunk_alloc

这部分代码比较难读，我也没有完全理解，不过这部分注意就是对内存池的管理，压榨内存池，开辟空间给自由链表，当内存池剩余的内存无法满足链表区块，就malloc

代码

我读的是开源项目TinySTL的代码，个人感觉可读性非常棒

#ifndef _ALLOC_H_
#define _ALLOC_H_#include <cstdlib>namespace TinySTL{/***空间配置器*/class alloc{private:enum EAlign{ ALIGN = 8};//小型区块的上调边界enum EMaxBytes{ MAXBYTES = 128};//小型区块的上限，超过的区块由malloc分配enum ENFreeLists{ NFREELISTS = (EMaxBytes::MAXBYTES / EAlign::ALIGN)};//free-lists的个数enum ENObjs{ NOBJS = 20};//每次增加的节点数private://free-lists的节点构造union obj{union obj *next;char client[1];};static obj *free_list[ENFreeLists::NFREELISTS];private:static char *start_free;//内存池起始位置static char *end_free;//内存池结束位置static size_t heap_size;//private://将bytes上调至8的倍数static size_t ROUND_UP(size_t bytes){return ((bytes + EAlign::ALIGN - 1) & ~(EAlign::ALIGN - 1));}//根据区块大小，决定使用第n号free-list，n从0开始计算static size_t FREELIST_INDEX(size_t bytes){return (((bytes)+EAlign::ALIGN - 1) / EAlign::ALIGN - 1);}//返回一个大小为n的对象，并可能加入大小为n的其他区块到free-liststatic void *refill(size_t n);//配置一大块空间，可容纳nobjs个大小为size的区块//如果配置nobjs个区块有所不便，nobjs可能会降低static char *chunk_alloc(size_t size, size_t& nobjs);public:static void *allocate(size_t bytes);static void deallocate(void *ptr, size_t bytes);static void *reallocate(void *ptr, size_t old_sz, size_t new_sz);};char *alloc::start_free = 0;char *alloc::end_free = 0;size_t alloc::heap_size = 0;alloc::obj *alloc::free_list[alloc::ENFreeLists::NFREELISTS] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,};void *alloc::allocate(size_t bytes){if (bytes > EMaxBytes::MAXBYTES){return malloc(bytes);}size_t index = FREELIST_INDEX(bytes);obj *list = free_list[index];if (list){//此list还有空间给我们free_list[index] = list->next;return list;}else{//此list没有足够的空间，需要从内存池里面取空间return refill(ROUND_UP(bytes));}}void alloc::deallocate(void *ptr, size_t bytes){if (bytes > EMaxBytes::MAXBYTES){free(ptr);}size_t index = FREELIST_INDEX(bytes);obj *node = static_cast<obj *>(ptr);node->next = free_list[index];free_list[index] = node;}void *alloc::reallocate(void *ptr, size_t old_sz, size_t new_sz){deallocate(ptr, old_sz);ptr = allocate(new_sz);return ptr;}//返回一个大小为n的对象，并且有时候会为适当的free list增加节点//假设bytes已经上调为8的倍数void *alloc::refill(size_t bytes){size_t nobjs = ENObjs::NOBJS;//从内存池里取char *chunk = chunk_alloc(bytes, nobjs);obj **my_free_list = 0;obj *result = 0;obj *current_obj = 0, *next_obj = 0;if (nobjs == 1){//取出的空间只够一个对象使用return chunk;}else{my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(bytes);result = (obj *)(chunk);*my_free_list = next_obj = (obj *)(chunk + bytes);//将取出的多余的空间加入到相应的free list里面去for (int i = 1;; ++i){current_obj = next_obj;next_obj = (obj *)((char *)next_obj + bytes);if (nobjs - 1 == i){current_obj->next = 0;break;}else{current_obj->next = next_obj;}}return result;}}//假设bytes已经上调为8的倍数char *alloc::chunk_alloc(size_t bytes, size_t& nobjs){char *result = 0;size_t total_bytes = bytes * nobjs;size_t bytes_left = end_free - start_free;if (bytes_left >= total_bytes){//内存池剩余空间完全满足需要result = start_free;start_free = start_free + total_bytes;return result;}else if(bytes_left >= bytes){//内存池剩余空间不能完全满足需要，但足够供应一个或以上的区块nobjs = bytes_left / bytes;total_bytes = nobjs * bytes;result = start_free;start_free += total_bytes;return result;}else{//内存池剩余空间连一个区块的大小都无法提供size_t bytes_to_get = 2 * total_bytes + ROUND_UP(heap_size >> 4);if(bytes_left > 0){obj **my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(bytes_left);((obj *)start_free)->next = *my_free_list;*my_free_list = (obj *)start_free;}start_free = (char *)malloc(bytes_to_get);if (!start_free){obj **my_free_list = 0, *p = 0;for(int i = 0; i <= EMaxBytes::MAXBYTES; i += EAlign::ALIGN){my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(i);p = *my_free_list;if(!p){*my_free_list = p->next;start_free = (char *)p;end_free = start_free + i;return chunk_alloc(bytes, nobjs);}}end_free = 0;}heap_size += bytes_to_get;end_free = start_free + bytes_to_get;return chunk_alloc(bytes, nobjs);}}
}#endif

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