STL之空间配置器分析

空间配置器
标准规范规定，STL空间配置器是一个名为allocator的模板类，同时也规定了它的必要接口，也就是说allocator类定义形式如下。其中接口allocator::allocate()，
allocator::deallocate(),allocator::construct,allocator::destory()这四个接口及其重要。所以我们这里主要分析这四个接口。
template<class T>
class allocator{
…
}
SGI STL在这个项目上脱离了STL标准，使用一个专属的，拥有次层分配能力的、效率优越的特殊配置器。其名称为alloc而非allocator，而且不接受任何参数。所有SGI 
STL的容器默认的空间配置器为alloc。
一般用new构造一个对象，先要配置内存，然后调用构造函数。用delete删除一个函数，先要将对象析构，然后释放内存。在STL allocator，内存配置由
alloc::allocate()负责，内存释放由alloc::deallocate()负责；对象构造由::construct()负责，对象析构操作由::destroy()负责。
STL配置器定义于<memory>中，SGI <memory>内含两个文件
#include<stl_alloc.h>
#include<stl_construct.h>
<stl_construct.h>中定义了construt()和destroy()两个函数，用来构造和析构对象。其中construt()使用placemen new运算子来完成。destroy()有两个版本，一个版本直接调用
对象的析构函数即可，另一个需要将一个范围的的对象全部析构。但如果在一个范围内析构对象时，析构函数无关痛痒，多次调用析构函数会影响效率，这里destroy()通过
_type_traits<>来解决这个问题。
内存配置和释放是由<stl_construct.h>负责。SGI设计了双层级配置器。第一层直接使用malloc()和free(),第二级则视情况采用不同的策略：当配置区块超过128bytes时
，便调用第一级配置器；当配置器小于128时，采用了复杂的memory pool整理方式。SGI STL默认采用第二级配置器。
第一级配置器主要由__malloc_alloc_template类实现，主要以malloc()、free()、realloc()等C函数执行实际的内存配置、释放、重配置操作，并实现了类似C++ new-handler的机制。当内存配置不足时，会调用oom_malloc()和oom_realloc()，这两个函数在内部不断调用内存不足机制所实现的功能，但如果类似C++ new-handler的机制没有实现具体的例程，便会抛出异常。
第二级配置器定位为__default_alloc_template类，该配置器做法是：如果区块大于128bytes，就调用第一级配置器。当小于128bytes时，则以内存池管理，每次配置一大块内存，并维护对应的自由链表free-lists。下次若再有相同大小的内存需求，就直接从free-lists中拔出。如果客户释放小额区块，就由配置器回收到free-lists中。为了管理方便，
配置器会将主动将任何小额区块的内存需求量上调到8的倍数，并维护16个free-lists，各自管理大小分别为8,16,24,32,40,48,56,83,81,88,96,104,112,120,128bytes的小额区块
。__default_alloc_template该类成员函数allocate()首先判断区块大小，大于128就调用第一级配置器，小于就检查就检查对于的free-list。如果free-list中有可用区块，就直接
拿来用，如果没有可用区块，就将区块大小上调值8的倍数边界，然后调用refill()，准备为free list重新填充空间。Refill()将调用chunk_alloc()从内存中取新的空间给free-list。chunk_alloc()缺省取得20个新的区块给free-list,但如果内存池空间不足，获得的节点数可能小于20。chunk_alloc()函数先判断内存池水量是否充足。如果充足，就直接调用20个区块返回给free list。如果水量不足提供20个区块，但还足够提供一个以上的区块，就拨出这不足20个区块的空间出去。如果内存池连一个区块都无法供应，对客户显然无法交代，此时需要利用malloc()从system heap中配置内存，为内存池注入源头活水以应付需求。新水量的大小为需求量的两倍，再加上一个随着配置次数增加而愈来愈大的附加
量。新水量会将20个区块大小拨给给free list后，将多出来的20多个区块留给内存池。但万一，system heap空间都不够了，malloc()行动失败，chunk_alloc()就会遍历指向比所需区块大的free lists，找到一个就挖出来，找不到就调用第一级配置器，第一季配置器有out-of-memory处理机制（即类似C++ new-handler的机制），利用这种机制或许有机会释放其他的内存拿来此处使用。如果可以就成功，否则发出bad_alloc异常。