c++STL内存池和空间配置器

为什么需要空间配置器？

内存碎片问题：

在软件开发，程序设计中，我们不免因为程序需求，使用很多的小块内存（基本类型以及小内存的自定义类型）。在程序中不断动态申请,释放。

这个过程过程并不是一定能够控制好的，于是乎，

问题1：就出现了内存碎片问题。（外碎片问题）

问题2：一直在因为小块内存而进行内存申请，调用malloc，由于内存空间是由操作系统管理的,当我们要去开辟时，必然要进行用户态/内核态的切换，这样系统调用产生性能问题。

注：内碎片：因为内存对齐/访问效率（CPU取址次数）而产生如用户需要3字节，实际得到4或者8字节的问题，其中的碎片是浪费掉的。

在存储管理中，内碎片是指分配给作业的存储空间中未被利用的部分，外碎片是指系统中无法利用的小存储块。

空间配置器的设计

c++空间配置器分为两层配置，当请求的内存大于128b时，就用第一层配置器分配内存，当请求的内存小于等于128b时就调用第二层配置器。

一级配置器是设计：

第一级其使用malloc(), free(), realloc()等C函数执行实际的内存分配，释放，重新配置等操作。此外，这个配置器提供了当内存配置错误时的处理函数oom*malloc，这个函数会调用*_malloc_alloc_oom_handler()这个错误处理函数，去企图释放内存，然后重新调用malloc分配内存。如此循环，直到分配成功，返回指针（所以再一定程度上提高内存分配成功）。

一级配置器主要代码：

  template <int inst>  class __malloc_alloc_template  {  private:      static void *oom_malloc(size_t);   //malloc调用内存不足        static void *oom_realloc(void *, size_t); //realloc调用内存不足      static void (* __malloc_alloc_oom_handler)();     //错误处理函数  public:        static void * allocate(size_t n)                     //        {            void *result = malloc(n);                     //一级空间配置器直接调用malloc            if (0 == result)                     result = oom_malloc(n);             return result;        }        static void deallocate(void *p, size_t /* n */)        {             free(p);        }            static void * reallocate(void *p, size_t /* old_sz */, size_t new_sz)        {              void * result = realloc(p, new_sz);           //一级空间配置器直接调用realloc            if (0 == result)                   result = oom_realloc(p, new_sz);            return result;        }        static void (* set_malloc_handler(void (*f)()))()    //设置错误处理函数            {            void (* old)() = __malloc_alloc_oom_handler;            __malloc_alloc_oom_handler = f;            return(old);        }  };    template <int inst>    void * __malloc_alloc_template<inst>::oom_malloc(size_t n)    {        void (*my_malloc_handler)();        void *result;        for (;;)        {            my_malloc_handler = __malloc_alloc_oom_handler;            if (0 == my_malloc_handler)             {                         __THROW_BAD_ALLOC;        //抛异常            }            (*my_malloc_handler)();            result = malloc(n);            if (result)                     return(result);    }}

二级配置器的设计：

STL第二级配置器的做法是，如果区块够大，超过128bytes时，就移交第一级配置器处理。

当区块小于128bytes时，则以内存池管理，第二层配置器有有一个内存池，用一个union obj数组free_list来存储内存的地址，数组的每一个元素都指向一个obj链表，也就是内存链表。数组从小到大表示负责8b,16b,24b,…,120b,128b内存请求。当请求的内存为n时，会将请求上条至8的倍数（例如客端要求30bytes，就会自动调整为32bytes），并从数组相应位置获取内存。内存池维护16个free lists，各自管理大小分别为8,16,24,32,40,48,56,64,72,80,88,96,104,112,120,128的小额区块。 先看下union obj这个定义：

union obj {     union obj * free_list_link;     //下一个节点的指针     char client_data[1];                    //内存首地址} 

未完。。。。