(原创滴~)STL源码剖析读书总结1——GP和内存管理

读完侯捷先生的《STL源码剖析》，感觉真如他本人所说的“庖丁解牛，恢恢乎游刃有余”，STL底层的实现一览无余，给人一种自己的C++水平又提升了一个level的幻觉，呵呵~

纵观全书，讲得最多、最透彻的就是C++的Generic Programming的思想。STL通过class template，function template将容器、迭代器、算法从数据类型中解脱出来，使其能“以不变应万变”，并能针对不同数据类型的相关特性(type_traits)，从各种版本的实现中选最优而用之，从具体到抽象，又兼具具体特性的考虑，实乃智慧的结晶。这本书也开阔了我的眼界，使我见识了如partial specialization(偏特化)，Specialization and Generalization，以偏特化的方式使C++具备type of的能力等的语言运用的现象。下面就先来讲一下class template partial specialization(类模板偏特化)：

• 1. 偏特化

所谓偏特化就是我们在设计class template的时候，除了提供必要的一般化设计之外，还设计了其它比较特殊的版本（比如接受T*为参数等等）。这些版本跟一般化的版本相比，要特殊一些，但有没有丢失什么类型都要的一般性，所以称之为部分特殊化或者偏特化。我们在实例化一个class template的时候，C++会根据传入的template参数类型，自动选取匹配程度最高的template进行实例化，举个栗子：

// 一般化设计

template <class I, class O>

struct testClass

{

testClass() { cout << "I, O" << endl; }

};

// 偏特化版本1

template <class T>

struct testClass< T*, T*>

{

testClass() { cout << "T*, T* " << endl; }

};

// 偏特化版本2

template <class T>

struct testClass<const T*, T*>

{

testClass() { cout << "const T*, T* "<<endl; }

};

int main()

{

testClass<int, char> obj1; // I, O

testClass<int*, int*> obj2; // T*, T*

testClass<const int*, int*> obj3; // const T*, T*

}

• 2. STL的内存管理

STL的容器要装元素，必须要有空间，而空间从哪里来，从空间配置器allocator中来。

为了减少内存碎片的产生以及提高效率，STL采用两级的空间配置器。有图有真相：

其中，如果需求区块大于128 bytes，则用的是第一级配置器；否则使用第二级配置器，STL一般都默认使用第二级配置器。

先讲第一级配置器：

STL中分配内存和初始化对象时分开进行的。对象的构造construct()比较简单，直接用placement new(用于在已经分配好的空间中构造对象)，调用该类型的构造函数就好了。而析构destroy()因为涉及到该类型是不是含trivial destructor，因而有些小复杂。所谓trivial destructor就是那些无关痛痒的dtor(例如，函数体为空)，当我们知道含有trivial dtor，我们在析构的时候就可以不调用那些trivial dtors(因为无关痛痒嘛~)，从而降低函数调用的成本。相反，若不含trivial dtors(例如涉及到new-delete的动态内存分配)，我们在析构的时候就要老老实实调用dtor，否则会memory leak哦~废话少说，上图：

第一级配置器用到了一个内存不足处理例程，即当遇到内存不足，无法分配的时候，就调用这个处理例程。这个处理例程可能会释放一些内存，然后继续尝试分配。这个类似于C++的new-handler机制。

然后是第二级配置器。第二级配置器采用一个freelists的自由链表来管理空闲的区块，有16条不同大小的区块链表，大小从8,16,24...到128 bytes。目的是避免太多的小区快造成内存碎片，同时减少配置时的overhead。例如cookie(你在new一个对象的空间时，系统可能会分配比sizeof(你的对象)略大的内存空间，多出了空间用来记录内存大小，这样delete []p的时候就知道该free多少内存空间了~)。使用第二级配置器分配空间时，如果能从freelists中找到满足需求的最小区块，则从freelists中拨一个区块出去，在deallocate的时候再回收这个区块。当freelists中所需大小的区块已经一个不剩了(该大小的区块链表为null)，则调用refill，从memory pool(内存池)中获取一整块大内存，再切分为所需大小的区块，链接到该链表，为该大小的区块“补仓”。如果memory pool也“没货”了，则唯有向heap要了。如果heap有，则向memory pool“注水”；如果heap也没有，则会调用第一级配置器，那里有个内存不足处理例程，实在不行会抛出个exception什么的。再见图：

另外，除了construct()和destroy()以外，还有三个有用的作用于未初始化内存的函数：

好了，今天先讲这么多，碎觉去~~~