c++記憶體管理
C++記憶體空間
一個c++程式所使用的記憶體被分為4個區，棧、堆/自由儲存區、靜態儲存區、常量儲存區。 棧 在執行函式時，函式內區域性變數的儲存單元都可以在棧上建立，函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的記憶體容量有限。由編譯器自動分配釋放，存放函式的引數值，區域性變數的值。在一個程序中，位於使用者虛擬地址空間頂部的是使用者棧，編譯器用它來實現函式的呼叫。 屬於程序私有空間
堆/自由儲存區 該區域也被叫做動態記憶體分配區，是程式在執行的時候用malloc或new申請的記憶體，可以任意大小，只要資源足夠。程式設計師自己負責在適當的時候用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期可以由我們決定，如果我們不釋放記憶體，程式將在最後才釋放掉動態記憶體。 但是，良好的程式設計習慣是：如果某動態記憶體不再使用，需要將其釋放掉，否則，我們認為發生了記憶體洩漏現象。
PS：我把自由儲存區和堆放在一起，其和堆的區別請參看部落格https://www.cnblogs.com/QG-whz/p/5060894.html
靜態儲存區 全域性變數和靜態變數被分配到同一塊記憶體中，C語言中全域性變數又分為初始化的和未初始化的，在C++裡面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊記憶體區。
常量儲存區 這是一塊存放常量的儲存區，不允許修改。
這幾個區域中，堆疊是廣大程式設計師考慮的重中之重，也對它們進行了各種比較，後面我們也看看堆疊的比較。一般來說，棧、靜態儲存區、常量儲存區是不需要程式設計師考慮太多的，其中棧記憶體區可能需要在遞迴呼叫的時候考慮下深度。堆是我們主要關注的物件，這部分由malloc/new申請的記憶體區域，需要手動釋放。
具體到程式碼中，我們看看哪兒在堆上哪兒在棧上
int a = 0; //全域性初始化區 char *p1; //全域性未初始化區 int main() { int a; //棧區 char b[] = "abc"; //棧區 char *p2; //棧區 char *d = "123456"; //123456在常量區，指標p3在棧上。 static int c =0； //全域性（靜態）初始化區 p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); //分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。 strcpy(p1, "123456"); //123456放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。 }
c++記憶體分配比較
先看看一個linux下的一個程序佔用記憶體的示意圖
比較來說，堆和棧有以下區別 1.棧記憶體由高到低分配，堆記憶體由低到高分配 2.棧由系統自己分配，程式設計師無法自己分配，速度快；堆需要程式設計師手動申請並釋放，速度慢。 3.堆會有記憶體碎片，棧不會有 4.堆記憶體大小限制於作業系統位數，32位的電腦堆記憶體最大4G，64位的就很大了。棧記憶體則有一定的大小限制的，棧區的大小一般初始化為１M，所以，就地址可訪問性來說，如果不特別設定，棧區的大小是固定的。
c++簡易記憶體池
記憶體池的原理是預分配一大塊記憶體，然後將其對映到相應的結構體上，供訪問者獲取。我這裡的實現其實是一個簡易的，和大佬寫的還有點距離，不過也可以用。
這是一個int陣列型別的記憶體池設計，每次分配一定量的記憶體區域儲存int陣列，使用map管理這些記憶體，為了減少釋放記憶體時候的查詢開銷，加了一個index。該記憶體池設計較為簡單，後續可能回思考如何設計更加通用的記憶體池。
#ifndef TEST_INT_POOL_H
#define TEST_INT_POOL_H
#endif //TEST_INT_POOL_H
#include <memory.h>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <list>
#include <mutex>
#include <thread>
#include "constant.h"
using namespace std;
struct Block{
int index;
int32_t* value;
};
typedef map<int, Block> BlockVector;
class IntPool{
public:
IntPool(int block_size, int pre_allocate, int total_allocate);
~IntPool();
Block* get();
size_t get_block_size();
int get_allocated();
int get_avilable();
void release(Block block);
int get_used();
private:
size_t block_size;
int pre_allocate;
int allocate;
int total_allocate;
int used=0;
BlockVector block_map;
list<int> unused_key;
private:
std::mutex mt;
};
#include <iostream>
#include "int_pool.h"
IntPool::IntPool(int block_size, int pre_allocate, int total_allocate) {
if(pre_allocate > total_allocate) {
throw 1;
}
this->block_size = block_size;
this->pre_allocate = pre_allocate;
this->total_allocate = total_allocate;
for(int i=0 ; i < this->pre_allocate; i++) {
Block block;
block.index = i;
block.value = new int[block_size];
unused_key.push_back(i);
block_map[i] = block;
}
allocate = pre_allocate;
}
IntPool::~IntPool() {
for(int i=0; i<allocate; i++){
Block b = block_map[i];
delete[] b.value;
}
}
Block* IntPool::get() {
std::lock_guard<std::mutex> lck(mt);
//如果unused不為空，直接分配一個
if (unused_key.size() > 0) {
int key = unused_key.front();
unused_key.pop_front();
Block block = block_map[key];
used++;
return █
}
//達到分配定額，則返回nullptr
if (allocate >= total_allocate){
// cout << "run out of memory" << endl;
return nullptr;
}
//繼續分配記憶體
int left = total_allocate - allocate;
int cur_allocate = left < ALLOCATE_SIZE_PERTIME?left:ALLOCATE_SIZE_PERTIME;
cout << "reallocate num: " << cur_allocate << " threadid is : " << std::this_thread::get_id()<<endl;
int i=allocate;
for( ; i<allocate+cur_allocate-1; i++) {
Block block;
block.index = i;
block.value = new int[block_size];
unused_key.push_back(i);
block_map[i] = block;
}
allocate = allocate + cur_allocate;
cout << "current allocate is : " << allocate << endl;
//留下一個空位返回
Block block;
block.index = i;
block.value = new int[block_size];
block_map[i] = block;
used++;
return █
}
void IntPool::release(Block block) {
std::lock_guard<std::mutex> lck(mt);
int id = block.index;
memset(block.value, 0, block_size);
used--;
unused_key.push_back(id);
}
size_t IntPool::get_block_size() { return block_size; }
int IntPool::get_allocated() { return allocate; }
int IntPool::get_avilable() { return total_allocate - allocate; }
int IntPool::get_used() { return used; }
#ifndef TEST_CONSTANT_H
#define TEST_CONSTANT_H
#endif //TEST_CONSTANT_H
#define DEFAULT_PRE_BLOCKSIZE 2000
#define DEFAULT_PRE_CAPACITY 100000
#define DEFAULT_MAX_CAPACITY 10000000
#define ALLOCATE_SIZE_PERTIME 100000