C++内存管理机制（侯捷）笔记4（完结）

C++内存管理机制（侯捷）

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参考链接

Youtube: 侯捷-C++内存管理机制

Github课程视频、PPT和源代码: https://github.com/ZachL1/Bilibili-plus

介绍

下面是第四讲和第五讲的笔记。

第四讲：loki库的allocator

第五讲：other issues，主要介绍GNU C++提供的其他分配器的使用

截至2024年1月12日，花费3天时间完成《C++内存管理——从平地到万丈高楼》的学习。

文章目录

C++内存管理机制（侯捷）
- 介绍
- 45 上中下三个classes分析
- 46 Class Chunk分析
- 47 class FixedAllocator分析（上）
- 48 class FixedAllocator分析（下）
- 49 Loki::allocator总结
- 50 GNU C++对allocators的描述
- 51 VS2013标准分配器&G4.9标准分配器与new_allocator以及G4.9malloc
- 52 G4.9array_allocator
- 53 G4.9 debug_allocator
- 54 bitmap_allocator上
- 55 bitmap_allocator（下）
- 后记

45 上中下三个classes分析

loki的allocator

Loki 是 C++ 中一个开源的库，其中包含一组通用的 C++ 组件。在 Loki 库中，有一个称为 Loki::Allocator 的组件，它是一个用于内存分配的工具。

讲这个分配器是为了和GNU C++中的alloc分配器作比较，alloc分配器最后的内存并没有还给操作系统。

Loki allocator的三个类，从低阶到高阶分别为：Chunk, FixedAllocator, SmallObjAllocator。

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Chunk

pData_: unsigned char* // 指针，指向分配的一个chunk
firstAvailableBlock_：unsigned char // 第一个可用区块
blocksAvailable_: unsigned char // 目前还可以供应几个区块

FixedAllocator

chunks_: vector<Chunk> // vector里面放了很多chunk
// 两个指针，指向某两个Chunk
allocChunk_: Chunk* 
deallocChunk_: Chunk*

SmallObjAllocator

pool_: vector<FixedAllocator>  // 里面放了很多FixedAllocator
// 两个指针，指向某两个FixedAllocator
pLastAlloc: FixedAllocator*
pLastDealloc: FixedAllocator*
chunkSize: size_t
maxObjectSize: size_t

46 Class Chunk分析

Loki allocator里面的Chunk

Init函数：new调用malloc创建对象，分配一大块chunk

调用Reset函数，下图中可用的block个数为64，第一个可以的block的编号为0，然后一个for循环，把每个block的第一个字节当作索引index使用（类似于嵌入式指针）

还有Release函数，使用delete[]，释放空间，还给操作系统。

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Chunk的Allocate函数

分配一个可用区块（最高优先权），然后firstAvailableBlock_指向下一个可用区块，比如这里可用区块的索引从左边的4变成了右边的3，剩余区块个数也相应调整。

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Chunk的Deallocate函数

释放的指针p已经确定在这个Chunk中，但是p是这个Chunk中的第几个block呢？用p指针减去头指针然后除以每个block的大小，得到该释放的block的索引，这个释放回收的块block具有最高优先权，成为firstAvailableBlock_，然后可利用的block个数+1.

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47 class FixedAllocator分析（上）

FixedAllocator

chunks_: vector<Chunk> // vector里面放了很多chunk
// 两个指针，指向某两个Chunk
allocChunk_: Chunk* 
deallocChunk_: Chunk*

allocChunk_指向最近一次满足分配动作的Chunk，deallocChunk _指向最近一次回收的Chunk。因为有很多chunk，要指定最近用过的chunk，这符合数据的局部性原理。

Allocate的逻辑如下图所示：如果有最近的allocChunk_，那么直接取区块，否则就要for循环从头开始遍历每个chunk，直到找到有可用空间的chunk。return allocChunk->Allocate(blockSize_);是向这个chunk取区块。

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48 class FixedAllocator分析（下）

第二级FixedAllocator类的Deallocate函数，调用VicinityFind函数查找还回来的指针p落在哪个chunk，找到之后交给第一级Chunk类的Deallocate来处理。

VicinityFind（临近搜寻）函数如下：功能是进行查找。

chunkLength是chunk的大小，后面查找的时候要用

lo是上次还回来的chunk，hi是下一个chunk

loBound和hiBound是vector的头跟尾

整体思路是：并分两路，一路往上查找，一路往下查找。

在lo里面找，找不到的话就往上面的chunk去查找，一直往上，一个接一个的chunk去找。

然后在hi里面找，找不到就往下面的chunk去查找，一直往下，一个接一个的chunk去找。

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下面是FixedAllocator类的DoDeallocate函数

调用Deallocate函数进行回收，然后确认是否是全回收的情况处理。

全回收的时候，需要确认有2个chunk，才回收一个，就是上文讲到的deferring延缓回收。

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49 Loki::allocator总结

很简单的方式判断chunk全回收，指的是记录可用区块个数，当它变成0的时候表示全分配出去，当它恢复到原来的状态，就表示可全回收。

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50 GNU C++对allocators的描述

第五讲 other issues

GNU C++ 对于allocator的描述

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下面介绍两个分配器: new_allocator 和malloc_allocator，它们都没有特别的动作，无非底部调用operator new和malloc。它们没有用内存池。

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另一种做法是使用智能型的allocator，使用内存池，分一大块然后切分成小块。

这类allocator有bitmap_allocator, pool_allocator, _mt_alloc（multithread多线程的分配器）

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GNU C++ 提供三种测试，用于测速：插入数据测试，多线程状态下的插入和删除测试，多线程的生产者和消费者模型测试。

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另外两个智能型allocator是 debug_allocator 和 array_allocator

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51 VS2013标准分配器&G4.9标准分配器与new_allocator以及G4.9malloc

VS2013版本的标准分配器allocator，里面的allocate函数就是调用operator new，底层调用malloc，这是一种没有包装的分配器。

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GNU C++4.9版本的标准分配器 allocator，继承自new_allocator,里面的动作也是operator new 和operator delete，也是没有包装的分配器。

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GNU C++4.9版本的malloc_allocator，里面就是调用malloc和free，没有包装。

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52 G4.9array_allocator

array_allocator

指针_M_array指向一个C++数组，静态数组不需要释放，归还

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看看array_allocator怎么使用

int my[65536];
array_allocator<int, array<int, 65536>> myalloc(&my); // 传入数组的地址

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第二种用法，是用动态的new一块数组，其他用法与上面一致。

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53 G4.9 debug_allocator

debug_allocator是一个包装器，把另一个分配器包装进来，这里是_Alloc分配器，定义为_M_allocator,实际分配的时候就是调用这个分配器的allocate，分配n + extra个大小的空间。

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GNU C++2.9容器使用的不是std::allocator，而是std::alloc，这是一个好的分配器。

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在GNU C++4.9版本的__pool_alloc就是上面2.9版本的alloc。它的缺点是什么呢？只拿不还，不把分配的空间还给操作系统。

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GNU C++4.9版本 __pool_alloc测试用例

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54 bitmap_allocator上

这里重要的是_M_allocate_single_object和_M_deallocate_single_object，这是什么意思呢？所有的allocator都是供给容器使用的，容器每次请求的都是一个元素的内存分配，所以这里就是单独处理一个object的请求。当不是一个object的时候，就会退化到operator new和operator delete，但是这种情况一般遇不到。

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