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对C++程序内存管理的精雕细琢(1)

全国计算机等级考试点击：次发布时间：2006-12-30 【字体：大中小】来源：Gzu521.com

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应用程序分配内存的方法，对程序的执行性能有着深刻的影响。目前，通用的内存分配方法本质上已非常高效，但仍有改进的空间。

　　内存分配，不可一层不变

　　今天，对绝大多数程序来说，通用的内存分配方法--此处指代分配算符（allocator：即malloc或new），已达到了理想的速度及满足了低碎片率的要求，然而，在内存分配领域，一丁点的信息都值得探讨很久，某些特定程序关于分配模式的信息，将有助于实现专门的分配算符，可显著地提高大多数高性能要求程序的性能底线。有时，当通用内存分配算符平均耗费几百个时钟周期时，一个良好的自定义内存分配算符可能只需要不到半打的周期。

　　这就是为什么大多数高性能、高要求的应用程序（如gcc、Apache、microsoft SQL Server），都有着它们自己的内存分配算符。也许，把这些专门的内存分配算符归纳起来，放进一个库中，是个不错的想法，但是，你的程序可能有不同的分配模式，其需要另外的内存分配算符，那怎么办呢？

　　等等，还有呢，如果我们设计了一种特殊用途的内存分配算符，就可以不断发展下去，由此可从中筛选出一些，来组成一个通用目的的内存分配算符，如果此通用分配算符优于现有的通用分配算符，那么此项设计就是有效及实用的。

　　下面的示例使用了emery小组的库--heaplayers（http://heaplayers.org/），为了定义可配置的分配算符，其中使用了mixins（在c++社区中，也被称为coplien递归模式）：通过参数化的基来定义类，每一层中只定义两个成员函数，malloc和free：

template <class t>
struct allocator : public t {
　void * malloc(size_t sz);
　void free(void* p);
　//系统相关的值
　enum { alignment = sizeof(double) };
　//可选接口e
　size_t getsize(const void* p);
};

　　在每一层的实现中，都有可能向它的基类请求内存，一般来说，一个不依赖于外界的内存分配算符，都会处在层次的顶层--直接向前请求系统的new和delete操作符、malloc和free函数。在heaplayers的术语中，没有顶层堆，以下是示例：

struct mallocheap {
　void * malloc(size_t sz) {
　　return std::malloc(sz);
　}
　void free(void* p) {
　　return std::free(p);
　}
};

　　为获取内存，顶层堆也能通过系统调用来实现，如unix的sbrk或mmap。getsize函数的情况就比较特殊，不是每个人都需要它，定义它只是一个可选项。但如果定义了它，你所需做的只是插入一个存储内存块大小的层，并提供getsize函数，见例1：

　　例1：

template <class superheap>
class sizeheap {
　union freeobject {
　　size_t sz;
　　double _dummy; //对齐所需
　};
public:
　void * malloc(const size_t sz) {
　　//添加必要的空间
　　freeobject * ptr = (freeobject *)superheap::malloc(sz + sizeof(freeobject));
　　//存储请求的大小
　　ptr->sz = sz;
　　return ptr + 1;
　}
　void free(void * ptr) {
　　superheap::free((freeobject *) ptr - 1);
　}
　static size_t getsize (const void * ptr) {
　　return ((freeobject *)ptr - 1)->sz;
　}
};

　　sizeheap是怎样实现一个实用的层，并挂钩于它基类的malloc与free函数的最好示例，它在完成一些额外的工作之后，把修改好的结果返回给使用者。sizeheap为存储内存块大小，分配了额外的内存，再加上适当的小心调整（指union），尽可能地避免了内存数据对齐问题。不难想像，我们可构建一个debug堆，其通过特定模式在内存块之前或之后填充了一些字节，通过检查是否模式已被保留，来确认内存的溢出。事实上，这正是heaplayers的debugheap层所做的，非常的简洁。

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责任编辑：gzu521

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