STL内存分配方式解析&二级配置器源码

内存块:

    每个内存块的大小均是8的倍数,二级配置器默认相同大小的块用了20个,以链表的形式存放。

空闲数组:

    二级配置器维护了一个全局数组 _S_free_list,长度为16,每个下标 均保存包含 内存块的一个链表 链表;其中下标为0的index保存块大小为8的内存块链表指针,下标为1的index保存块为16的内存块链表指针;以此类推,下标为15的index保存着内存块大小为128的内存块链表指针。每次申请内存大于128 byte的采用第一级内存配置器,直接malloc。

内存申请流程:

        内存池不是开始就申请好的,而是首次使用时进行申请,然后放进空闲数组相应块的下标中。

    仿照STL源码,自己写了内存申请和释放的流程,按照代码走一遍;

函数介绍:

根据申请内存获取块
根据申请内存获取块所在的空闲数组下标


申请内存时,按照申请的大小n进行_S_freelist_index(n)查找空闲数组的下标,对_S_free_list 进行偏移获取对应的块链表头。

按照源码的申请流程:

以申请7个字节为例,根据_S_round_up 计算,应该放在块为8的链表中,默认申请20个块。

开始申请内存,申请内存大小的的换算是 size_t alloc_bytes =2 * __total_bytes + _S_round_up(_S_heap_size >> 4);

如果申请使用7字节,那么会申请的内存是 = 2*size(8)*__nobjs(20)+0 = 320;(_S_heap_size是总共从heap申请的大小,此时为0)

进行malloc(320)操作,_S_start_free = (char*)malloc(alloc_bytes);

_S_heap_size += alloc_bytes;  _S_end_free = _S_start_free + alloc_bytes;

使用_S_start_free  指向申请的空闲内存起始处,_S_end_free 指向申请内存的结束处。

申请好内存后,对前160字节进行先处理,后160暂时保留。 _S_start_free += __total_bytes;


320分配好之后

接下来处理前160字节数据,按照每块8字节分为20块,根据块的大小为8 ,此块应存放在空闲数组中下标为0的地方。第一个块返回给用户申请7

byte使用,剩余块用链表串起来。


申请7字节后内存池示意图。

此时再次申请17个字节,应该在下标为2,内存块大小为24的内存链表中进行操作,此时申请内存计算值为24*20 = 480个字节,之前剩余了160字节,不够480个字节使用,但够一个块(24)使用的,则对160进行按照24为一块进行分配,可以分成160/24=6个块,共用内存144个字节,此时获取144字节后情况为


获取的内存


申请17字节后内存池示意图

此时再次申请47个字节看内存变化,47字节应该放在下标为5块大小为48的链表中,链表为空,需要申请内存,此时内存池剩余空间为16字节,既不满足需要的大小 48*20=960字节,也不满足大于一个块的大小。需要将16字节分配到相应块中去之后才再次重新申请大的内存,16大小的块应该放在下标为1的内存链表中,使用头插法放进去,如图所示:


剩余16分块

之前申请的320用完了,重新申请,size_t alloc_bytes =2 * __total_bytes + _S_round_up(_S_heap_size >> 4);

申请的大小是1944个字节。申请后分配内存结构为


申请47字节后内存示意图

再次分配47时,直接从下表为5的块48链表中取出头结点(编号为2的块)使用,然后空闲节点指向下一个节点。

释放节点时,以第一个申请的7字节为例,将此块头插法插入空闲链表即可。

关于STL源码 自己复制了一份简单修改了下,去掉了关于第一级大于128字节申请的逻辑,可以直接运行调试:

源码地址:STL二级内存配置

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