STL源代码剖析(一) - 内存分配

Allocaor

allocator 指的是空间配置器，用于分配内存。
STL中默认使用SGI STL alloc作为STL的内存分配器，尽管未能符合标准规格，但效率上更好。
SGI STL也定义有一个符合标准，名为allocator的配置器，但SGI自己从未使用过它，主要原因是它仅仅把C++的new操作符和delete操作符做了一层薄薄的封装。

C++的new操作符和delete操作符进行内存配置时，new：先配置内存，然后构造对象。delete：先析构对象，然后释放内存。SGI STL将内存配置、释放内存与构造、析构分开。前者由<stl_alloc.h>中的allocate()和deallocate()负责，后者由<stl_construct.h>中的construct()和destroy()负责。 这两个头文件包括于<memory>中（STL标准规定，配置器定义在memory中）。同一时候<memory>还包括了一个文件<stl_unitialized.h>，定义了一些全局函数用来填充、复制大块内存数据。

STL allocator中，alloc::allocate负责内存配置，alloc::deallocate负责内存释放，alloc::construct负责对象构造，alloc::destroy负责对象析构。

SGI对空间的配置与释放的设计哲学：
1.向system heap要求空间；
SGI底层用的malloc和free完毕内存的配置和释放。
2.考虑多线程状态；

3.考虑内存不足时的应变措施；
4.考虑过多“小型区块”可能造成的内存碎片问题。
SGI设计了双层级配置器，第一级直接使用malloc和free，第二级配置器则视情况採用不同的策略:当配置区块超过128bytes时，视之为“足够大”，调用第一级配置器，当小于128bytes时，视之“过小”，为了减少额外负担，便採用复杂的memory pool方式，不再求助于第一级适配器。

一二级配置器关系例如以下

第一级配置器以malloc(),free(),realloc()等c函数运行实际的内存配置，释放，重配置操作，并实现相似 C++ new handler的机制（不能使用C++ new handler的原因时它并不是使用operator new 来配置内存）。

小额区块带来的事实上不仅时内存碎片，配置时的额外负担也是一个大问题，额外负担无法避免。
第二层配置器：假设区块勾搭，超过128bytes时，就移交第一层配置器处理，当区块小于128bytes时则以内存池管理。

内存基本处理工具

STL定义的五个全局函数
construct() - 构造
destroy() - 析构
uninitialized_copy(),uninitialized_fill(),uninitialized_fill_n() - 范围拷贝构造

关于拷贝构造的三个函数，可以将内存的配置与对象的构造行为分离。假设作为输入目的地的[result, result + (last-first)]范围内的每个迭代器都指向未初始化的区域，则uninitialized_copy()使用copy constructor，将输入来源范围内每个对象产生一份复制品，放进输出范围中。

容器的全区间构造函数通常以两个步骤完毕：
1.配置内存区块，是以包括范围内的全部元素；
2.使用uninitialied_copy(),在该内存区块上构造元素。

它们负责在已分配好的空间进行构造。C++标准要求uninitialized_copy具有"commit or rollback"语义：要么做完，要么不做。

在详细的实现中，这三个函数也用到了traits技法，通过traits萃取出元素的特性，假设是POD（Plain Old Data）型别，说明其拥有trivial ctor/ dtor/ copy/ assignment函数，因此可以使用copy()、fill()、fill_n()等算法，假设不是POD型别就仅仅可以循环调用construct()函数了。

參考

<<STL源代码剖析>> 侯捷译