STL初探——__default_alloc_template内存池

Posted 2020-09-17 Forever-Road

　　_S_chunk_alloc() 函数负责从内存池取出空间给free-list，如果内存池内存充足，则直接拿出足够的内存块给自由链表，如果内存不够所有需求但是对一小块需求能满足，则拿出一小块内存给自由链表并返回，如果一点儿内存也没有，则进行遍历压榨，最终如果真的没有，就只能求助于第一级配置器。代码如下：

template <bool __threads, int __inst>
char*
__default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_chunk_alloc(size_t __size, 
                                                            int& __nobjs)
{
    char* __result;
    size_t __total_bytes = __size * __nobjs;
    size_t __bytes_left = _S_end_free - _S_start_free;    //内存池剩余空间

    if (__bytes_left >= __total_bytes)                    //满足内存需求
        {
        __result = _S_start_free;
        _S_start_free += __total_bytes;
        return(__result);
    } 
    else if (__bytes_left >= __size)                     //满足至少一个区块的需求
    {
        __nobjs = (int)(__bytes_left/__size);
        __total_bytes = __size * __nobjs;
        __result = _S_start_free;
        _S_start_free += __total_bytes;
        return(__result);
    } 
    else                                                //完全不满足需求
    {
        size_t __bytes_to_get = 
            2 * __total_bytes + _S_round_up(_S_heap_size >> 4);
                                                        //利用剩下的一点点零头.
        if (__bytes_left > 0) {
            _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);
        if (0 == _S_start_free) 
        {
            size_t __i;
            _Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list;
            _Obj* __p;
            //看free-list是否还有内存区块
            for (__i = __size; __i <= (size_t) _MAX_BYTES; __i += (size_t) _ALIGN)
            {
                __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__i);
                __p = *__my_free_list;
                //有的话，编入，并循环调用自身，直至彻底使用所有零头
                if (0 != __p) 
                {
                    *__my_free_list = __p -> _M_free_list_link;
                    _S_start_free = (char*)__p;
                    _S_end_free = _S_start_free + __i;
                    return(_S_chunk_alloc(__size, __nobjs));                //反复压榨内存
                }
            }
            //执行到了这一步，说明没内存了，_S_end_free初始化置于零，并调用第一级配置器配置内存重新设定_S_start_free。
            _S_end_free = 0;    
            _S_start_free = (char*)malloc_alloc::allocate(__bytes_to_get);
        }
        _S_heap_size += __bytes_to_get;
        _S_end_free = _S_start_free + __bytes_to_get;
        //
        return(_S_chunk_alloc(__size, __nobjs));
    }
}

　　为了好懂，我们这样想，假设程序开始运行，客端就开始调用_S_chunk_alloc（32，20）函数，假设 malloc() 一次性配置40个32bytes的内存区块，其中20个作为函数返回值，之后1个被交给客户端，剩下19个交给 free-list[3] 维护，要的时候再去取即可。另外20个留给内存池。接下来客端调用_S_chunk_alloc（64，20），64个是归 free-list[7] 维护的，然而 free-list[7] 空空如也，必须向内存池寻求支持，内存池能够供应 20 x 32 / 64 = 10个区块，就把这10个区块返回，其中1个交给客户端，剩下九个交给 free-list[7] 维护，内存池空了，假设接下来再调用 _S_chunk_alloc（96，20） ，64个是归 free-list[11] 维护的，然而 free-list[11] 空空如也，必须向内存池寻求帮助，而内存池也是空的，于是又开始调用 malloc() 分配 20 +ｎ 个 96大小的内存块，其中20内存块返回，一个被交付，剩下19个交给 free-list[11] 维护，而还有n个 96 大小的内存块就交给内存池维护...... 

　　如果最终内存里面的堆区没有内存了，无法为内存池注入新的内存，malloc() 行动失败，_S_chunk_alloc（）就在free-list里寻找有没有 “尚未应用区块，且区块足够大”，找到就挖出一块并交出，找不到就调用第一级配置器，第一级配置器其实也是用 malloc() 来配置内存，但它有 out-of-memory 处理机制（类似new handler），或许有机会释放其他的内存并拿来此处使用，如果可以就内存配置成功，否则就抛出 bad_alloc（）异常。