STL之空间配置器

1. 什么是空间配置器

空间配置器,顾名思义就是为各个容器高效的管理空间(空间的申请与回收)的,在默默地工作。虽然在常规使用STL时,可能用不到它,但站在学习研究的角度,学习它的实现原理对我们有很大的帮助。

2. 为什么需要空间配置器

前面在模拟实现vector、list、map、unordered_map等容器时,所有需要空间的地方都是通过 new申请的,虽然代码可以正常运行,但是有以下不足之处:

  • 空间申请与释放需要用户自己管理,容易造成内存泄漏
  • 频繁向系统申请小块内存块,容易造成内存碎片
  • 频繁向系统申请小块内存,影响程序运行效率
  • 直接使用malloc与new进行申请,每块空间前有额外空间浪费(额外的空间是用来记录空间大小的,方便delete和free)
  • 申请空间失败怎么应对
  • 代码结构比较混乱,代码复用率不高
  • 未考虑线程安全问题

因此需要设计一块高效的内存管理机制。

3. SGI-STL空间配置器实现原理

实现原理

SGI-STL以128作为小块内存与大块内存的分界线,将空间配置器其分为两级结构,一级空间配置器处理大块内存,二级空间配置器处理小块内存

问:那么这些桶是怎么链接的呢?

答:通过下图中的方式进行链接:

上面的这种方式也体现了8字节对齐的原因。

容器中是如何使用空间配置器的(以list容器为例)

空间配置器的好处

  • 频繁申请小块内存效率高
  • 一定程度上减少内存碎片

了解内存碎片

外碎片

问题描述:有足够内存,但是不连续,无法申请大块内存。

产生原因:频繁向系统申请小块内存导致的。

内碎片

问题描述:内存块挂起来管理,按一定规则对齐,就会导致内碎片。

产生原因:内存对齐,多给内存。

内碎片在内存池中是广泛存在的问题。

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