SGI STL内存管理
在SGI STL版本的内存管理中，使用这样一种方式来分配内存：内存分配+对象初始化。首先是分配内存，其次是根据对象的类型（是否为POD【Plain of Data】）来使用最有效的方式来初始化对象。回收内存也是用同样的方式：析构对象+回收内存，根据对象是否为POD类型，确定最有效的析构方式。
SGI STL使用双层级配置器，第一级配置器直接使用malloc()和free()，第二级根据如下策略：当配置区块>128 Bytes时，视之为“足够大”，调用一级配置器，否则视之为过小，调用二级配置器。
一级配置器：__malloc_alloc_template
template <int __inst> //非型别参数，没排上用处
class __malloc_alloc_template
{
private:
static void* _S_oom_malloc(size_t); //用来处理内存不足的情况，out of memory
static void* _S_oom_realloc(void*, size_t);
static void (* __malloc_alloc_oom_handler)();
public:
static void* allocate(size_t __n) //分配内存
{
void* __result = malloc(__n);
if (0 == __result)
__result = _S_oom_malloc(__n);
return __result;
}
static void deallocate(void* __p, size_t ) //释放内存
{free(__p);}
static void* reallocate(void* __p, size_t /* old_sz */, size_t __new_sz) //在原有的基础上再次分配内存
{
void* __result = realloc(__p, __new_sz);
if(0 == __result)
__result = _S_oom_realloc(__p, __new_sz);
return __result;
}
static void (* __set_malloc_handler(void (*__f)()))() //指定自己的oom handler
{
void (* __old)() = __malloc_alloc_oom_handler;
__malloc_alloc_oom_handler = __f;
return(__old);
}
};
template <int __inst>
void (* __malloc_alloc_template<__inst>::__malloc_alloc_oom_handler)() = 0; //默认没有oom处理
template <int __inst>
void* __malloc_alloc_template<__inst>::_S_oom_malloc(size_t __n)
{
void (* __my_malloc_handler)();
void* __result;
for (;;) { //不断尝试分配内存
__my_malloc_handler = __malloc_alloc_oom_handler;
if (0 == __my_malloc_handler)
__THROW_BAD_ALLOC;
(*__my_malloc_handler)(); //调用处理例程
__result = malloc(__n); //尝试再次分配内存
if (__result) return(__result); //返回结果
}
}
template <int __inst>
void* __malloc_alloc_template<__inst>::_S_oom_realloc(void* __p, size_t __n) //同理，不断尝试在原先的基础上，再次分配内存
{
void (* __my_malloc_handler)();
void* __result;
for (;;) {
__my_malloc_handler = __malloc_alloc_oom_handler;
if (0 == __my_malloc_handler) { __THROW_BAD_ALLOC; }
(*__my_malloc_handler)();
__result = realloc(__p, __n);
if (__result) return(__result);
}
}
二级配置器：__default_alloc_template
template <bool threads, int inst>
class __default_alloc_template
{
private:
enum {_ALIGN = 8}; //每个小内存块的大小相差为8
enum {_MAX_BYTES = 128}; //最大的小内存的大小为128bytes
enum {_NFREELISTS = 16}; //小内存块的类型
static size_t _S_round_up(size_t __bytes) //将需要的小内存块大小上调为8的倍数
{ return (((__bytes) + (size_t) _ALIGN-1) & ~((size_t) _ALIGN - 1)); } //（x+7）& ～7
union _Obj //在区块中保存的对象类型，为了节省内存，使用这种方式
{
union _Obj* _M_free_list_link;
char _M_client_data[1];
};
private:
static _Obj* __STL_VOLATILE _S_free_list[_NFREELISTS]; //存储对象链表
static size_t _S_freelist_index(size_t __bytes) //根据需要分配的对象，获取区块索引
{return (((__bytes) + (size_t)_ALIGN-1)/(size_t)_ALIGN - 1);}
static void* _S_refill(size_t __n);
static char* _S_chunk_alloc(size_t __size, int& __nobjs);
static char* _S_start_free; //起始，结束
static char* _S_end_free;
static size_t _S_heap_size;
public:
static void* allocate(size_t __n) //获取内存块
{
void* __ret = 0;
if (__n > (size_t) _MAX_BYTES) //如果需要的内存块大小>128，调用一级配置器进行分配
return __ret = malloc_alloc::allocate(__n);
_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n); //获取需要的free_list
_Obj* __RESTRICT __result = *__my_free_list; //从链表头部获取一块小内存
if (__result == 0) //如果没有找到可用的free_list，准备重新填充free list
{
__ret = _S_refill(_S_round_up(__n));
return __ret;
}
*__my_free_list = __result -> _M_free_list_link; //调整free_list的头部指向下一个
return __result;
};
static void deallocate(void* __p, size_t __n) //释放一块小的区块至free_list
{
if (__n > (size_t) _MAX_BYTES) //如果想要归还的区块>128，调用一级配置器
malloc_alloc::deallocate(__p, __n);
else
{
_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n); //找到合适的free_list
_Obj* __q = (_Obj*)__p; //临时存储即将归还的小区快
__q -> _M_free_list_link = *__my_free_list; //将这个归还的小区块置为free_list的头部
*__my_free_list = __q; //调整区块列表的头部指针
}
}
static void* reallocate(void* __p, size_t __old_sz, size_t __new_sz);
} ;
template <bool __threads, int __inst>
void* __default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_refill(size_t __n) //为内存不足的free_list重新填充空间
{
int __nobjs = 20;
char* __chunk = _S_chunk_alloc(__n, __nobjs); //尝试调用chunk_alloc获取20个新的区块作为free_list的新节点
_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list;
_Obj* __result;
_Obj* __current_obj;
_Obj* __next_obj;
int __i;
if (1 == __nobjs) //如果获取的区块数量为1，这块可以直接返回，等下次内存不足时在做处理
return(__chunk);
__my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n); //在链表中获取合适的free_list
__result = (_Obj*)__chunk; //从刚刚获取的20个区块中，先拿走一个，作为返回的结果
*__my_free_list = __next_obj = (_Obj*)(__chunk + __n); //将第二个区块作为头部，然后通过循环，将这些区块添加到free_list中
for (__i = 1; ; __i++)
{
__current_obj = __next_obj;
__next_obj = (_Obj*)((char*)__next_obj + __n);
if (__nobjs - 1 == __i)
{
__current_obj -> _M_free_list_link = 0;
break;
}
else
{
__current_obj -> _M_free_list_link = __next_obj;
}
}
return(__result);
}
template <bool __threads, int __inst>
char* __default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_chunk_alloc(size_t __size, int& __nobjs) //从内存池中获取足够的内存给free_list使用
{
char* __result;
size_t __total_bytes = __size * __nobjs; //要获取的总的内存数量
size_t __bytes_left = _S_end_free - _S_start_free; //内存池中的剩余空间
if (__bytes_left >= __total_bytes) //如果剩余空间足够的话
{
__result = _S_start_free;
_S_start_free += __total_bytes;
return(__result);
}
else if (__bytes_left >= __size) //如果剩余的空间不足以满足所有的需求，但是足够供应一个以上的区块
{
__nobjs = (int)(__bytes_left/__size);
__total_bytes = __size * __nobjs;
__result = _S_start_free;
_S_start_free += __total_bytes;
return(__result);
}
else //内存池提供的内存连一个以上的内存块都无法供应
{
size_t __bytes_to_get = 2 * __total_bytes + _S_round_up(_S_heap_size >> 4); //如果需要重新分配内存，这是需要重新分配内存的数量
if (__bytes_left > 0) //如果内存池中还有零头，将零头加入free_list中
{
_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list =
_S_free_list + _S_freelist_index(__bytes_left);
((_Obj*)_S_start_free) -> _M_free_list_link = *__my_free_list;
*__my_free_list = (_Obj*)_S_start_free;
}
_S_start_free = (char*)malloc(__bytes_to_get); //配置heap空间，用来补充内存池
if (0 == _S_start_free) //如果从堆中获取内存失败，我们将采用如下策略：检验我们手上空闲的，较大的内存块，将这个较大的内存块归还到堆中，然后就可以重新进行配置了
{
size_t __i;
_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list;
_Obj* __p;
for (__i = __size;__i <= (size_t) _MAX_BYTES;__i += (size_t) _ALIGN)
{
__my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__i); //获取当前的free_list
__p = *__my_free_list; //如果这个free_list的head存在
if (0 != __p) {
*__my_free_list = __p -> _M_free_list_link;
_S_start_free = (char*)__p; //将这个头部的free_list归还到堆中去，调整堆指针的位置
_S_end_free = _S_start_free + __i;
return(_S_chunk_alloc(__size, __nobjs)); //不用担心有剩余，任何残余的零头都会被编入合适的free_list中去
}
}
_S_end_free = 0; // 一般情况下，不会执行到这一块。如果出现意外，会调用一级配置器的异常处理机制获取内存
_S_start_free = (char*)malloc_alloc::allocate(__bytes_to_get);
}
_S_heap_size += __bytes_to_get; //一般不会执行到这一块
_S_end_free = _S_start_free + __bytes_to_get;
return(_S_chunk_alloc(__size, __nobjs));
}
}
template <bool __threads, int __inst>
char* __default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_start_free = 0;
template <bool __threads, int __inst>
char* __default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_end_free = 0;
template <bool __threads, int __inst>
size_t __default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_heap_size = 0;
template <bool __threads, int __inst>
typename __default_alloc_template<__threads, __inst>::_Obj* __STL_VOLATILE
__default_alloc_template<__threads, __inst> ::_S_free_list[
# if defined(__SUNPRO_CC) || defined(__GNUC__) || defined(__HP_aCC)
_NFREELISTS
# else
__default_alloc_template<__threads, __inst>::_NFREELISTS
# endif
] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, };
标准配置器：simple_alloc
template<class _Tp, class _Alloc>
class simple_alloc
{
public:
static _Tp* allocate(size_t __n)
{ return 0 == __n ? 0 : (_Tp*) _Alloc::allocate(__n * sizeof (_Tp)); }
static _Tp* allocate(void)
{ return (_Tp*) _Alloc::allocate(sizeof (_Tp)); }
static void deallocate(_Tp* __p, size_t __n)
{ if (0 != __n) _Alloc::deallocate(__p, __n * sizeof (_Tp)); }
static void deallocate(_Tp* __p)
{ _Alloc::deallocate(__p, sizeof (_Tp)); }
};
基本的内存配置工具
其中最影响效率的因素在于判断是Value否为POD类型，根据是否为POD类型做出不同的处理。
uninitialized_copy
template <class _InputIter, class _ForwardIter>
inline _ForwardIter uninitialized_copy(_InputIter __first, _InputIter __last, _ForwardIter __result)
{
return __uninitialized_copy(__first, __last, __result, __VALUE_TYPE(__result)); //萃取出__result的类型，判断是否为POD类型
}
inline char* uninitialized_copy(const char* __first, const char* __last, char* __result) //随之后是两个特化的版本
{
memmove(__result, __first, __last - __first);
return __result + (__last - __first);
}
inline wchar_t* uninitialized_copy(const wchar_t* __first, const wchar_t* __last, wchar_t* __result)
{
memmove(__result, __first, sizeof(wchar_t) * (__last - __first));
return __result + (__last - __first);
}
template <class _InputIter, class _ForwardIter, class _Tp>
inline _ForwardIter __uninitialized_copy(_InputIter __first, _InputIter __last,_ForwardIter __result, _Tp*)
{
typedef typename __type_traits<_Tp>::is_POD_type _Is_POD; //萃取_Tp的类型
return __uninitialized_copy_aux(__first, __last, __result, _Is_POD()); //利用重载的方式在编译期选择处理
}
template <class _InputIter, class _ForwardIter>
inline _ForwardIter __uninitialized_copy_aux(_InputIter __first, _InputIter __last,_ForwardIter __result, __true_type)
{
return copy(__first, __last, __result); //如果是POD类型，直接进行memcpy进行处理就行
}
template <class _InputIter, class _ForwardIter>
_ForwardIter __uninitialized_copy_aux(_InputIter __first, _InputIter __last,_ForwardIter __result,__false_type)
{
_ForwardIter __cur = __result; //如果非POD类型，逐个在_result类型上进行construct
__STL_TRY
{
for ( ; __first != __last; ++__first, ++__cur)
_Construct(&*__cur, *__first);
return __cur;
}
__STL_UNWIND(_Destroy(__result, __cur));
}
uninitialized_copy_n
template <class _InputIter, class _Size, class _ForwardIter>
inline pair<_InputIter, _ForwardIter> uninitialized_copy_n(_InputIter __first, _Size __count,_ForwardIter __result)
{
return __uninitialized_copy_n(__first, __count, __result,__ITERATOR_CATEGORY(__first));
}
template <class _InputIter, class _Size, class _ForwardIter>
inline pair<_InputIter, _ForwardIter> __uninitialized_copy_n(_InputIter __first, _Size __count,_ForwardIter __result)
{
return __uninitialized_copy_n(__first, __count, __result,__ITERATOR_CATEGORY(__first));
}
template <class _RandomAccessIter, class _Size, class _ForwardIter>
inline pair<_RandomAccessIter, _ForwardIter> __uninitialized_copy_n(_RandomAccessIter __first, _Size __count,_ForwardIter __result,random_access_iterator_tag)
{
_RandomAccessIter __last = __first + __count;
return pair<_RandomAccessIter, _ForwardIter>(__last,uninitialized_copy(__first, __last, __result));
}
template <class _InputIter, class _Size, class _ForwardIter>
pair<_InputIter, _ForwardIter> __uninitialized_copy_n(_InputIter __first, _Size __count,_ForwardIter __result,input_iterator_tag)
{
_ForwardIter __cur = __result;
__STL_TRY
{
for ( ; __count > 0 ; --__count, ++__first, ++__cur)
_Construct(&*__cur, *__first);
return pair<_InputIter, _ForwardIter>(__first, __cur);
}
__STL_UNWIND(_Destroy(__result, __cur));
}
uninitialized_fill
template <class _ForwardIter, class _Tp>
inline void uninitialized_fill(_ForwardIter __first,_ForwardIter __last, const _Tp& __x)
{
__uninitialized_fill(__first, __last, __x, __VALUE_TYPE(__first));
}
template <class _ForwardIter, class _Tp, class _Tp1>
inline void __uninitialized_fill(_ForwardIter __first,_ForwardIter __last, const _Tp& __x, _Tp1*)
{
typedef typename __type_traits<_Tp1>::is_POD_type _Is_POD;
__uninitialized_fill_aux(__first, __last, __x, _Is_POD());
}
template <class _ForwardIter, class _Tp>
void __uninitialized_fill_aux(_ForwardIter __first, _ForwardIter __last,const _Tp& __x, __false_type)
{
_ForwardIter __cur = __first;
__STL_TRY
{
for ( ; __cur != __last; ++__cur)
_Construct(&*__cur, __x);
}
__STL_UNWIND(_Destroy(__first, __cur));
}
template <class _ForwardIter, class _Tp>
inline void __uninitialized_fill_aux(_ForwardIter __first, _ForwardIter __last,const _Tp& __x, __true_type)
{
fill(__first, __last, __x);
}
uninitialized_fill_n
template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp>
inline _ForwardIter uninitialized_fill_n(_ForwardIter __first, _Size __n, const _Tp& __x)
{
return __uninitialized_fill_n(__first, __n, __x, __VALUE_TYPE(__first));
}
template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp, class _Tp1>
inline _ForwardIter __uninitialized_fill_n(_ForwardIter __first, _Size __n, const _Tp& __x, _Tp1*)
{
typedef typename __type_traits<_Tp1>::is_POD_type _Is_POD;
return __uninitialized_fill_n_aux(__first, __n, __x, _Is_POD());
}
template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp>
_ForwardIter __uninitialized_fill_n_aux(_ForwardIter __first, _Size __n,const _Tp& __x, __false_type)
{
_ForwardIter __cur = __first;
__STL_TRY
{
for ( ; __n > 0; --__n, ++__cur)
_Construct(&*__cur, __x);
return __cur;
}
__STL_UNWIND(_Destroy(__first, __cur));
}
template <class _ForwardIter, class _Size, class _Tp>
inline _ForwardIter __uninitialized_fill_n_aux(_ForwardIter __first, _Size __n,const _Tp& __x, __true_type)
{
return fill_n(__first, __n, __x);
}
