C++内存管理变革(2)：最袖珍的垃圾回收器

内存管理机制

class AutoFreeAlloc
{
public:
enum { BlockSize = 2048 };
private:
struct _MemBlock
{
_MemBlock* pPrev;
char buffer[BlockSize];
};
enum { HeaderSize = sizeof(_MemBlock) - BlockSize };

char* m_begin;
char* m_end;
};

AutoFreeAlloc类与内存管理相关的变量只有两个：m_begin、m_end。单从变量定义来看，基本上很难看明白。但是有了下面这张示意图就容易理解多了：

图 2

整个AutoFreeAlloc申请的内存，通过_MemBlock构成链表。只要获得了链表的头，就可以遍历整个内存链，释放所有申请的内存了。而链表的头(图中标为_ChainHeader)，可以通过m_begin计算得到：

_MemBlock* AutoFreeAlloc::_ChainHeader() const
{
return (_MemBlock*)(m_begin - HeaderSize);
}

为了使得_ChainHeader初始值为null，构造函数我们这样写：

AutoFreeAlloc::AutoFreeAlloc()
{
m_begin = m_end = (char*)HeaderSize;
}

★ 下面我们考虑内存分配过程。Alloc过程主要会有三种情况，具体代码为：

void* AutoFreeAlloc::Alloc(size_t cb)
{
if (m_end – m_begin < cb)
{
if (cb >= BlockSize)
{
_MemBlock* pHeader = _ChainHeader();
_MemBlock* pNew = (_MemBlock*)m_alloc.allocate(HeaderSize + cb);
if (pHeader)
{
pNew->pPrev = pHeader->pPrev;
pHeader->pPrev = pNew;
}
else
{
m_end = m_begin = pNew->buffer;
pNew->pPrev = NULL;
}
return pNew->buffer; }
else
{
_MemBlock* pNew = (_MemBlock*)malloc(sizeof(_MemBlock));
pNew->pPrev = _ChainHeader();
m_begin = pNew->buffer;
m_end = m_begin + BlockSize;
}
}
return m_end -= cb;
}

1. 最简单的情况，是当前_MemBlock还有足够的自由内存(free memory)，即：

m_end – m_begin >= cb

此时，只需要将m_end前移cb字节就可以了。我们画个示意图如下：

图 3

2. 在当前的_MemBlock的自由内存（free memory）不足的情况下，我们就需要申请一个新的_MemBlock以供使用[5]。申请新的_MemBlock，我们又会遇到两种情况：

a) 申请的字节数（即cb）小于一个_MemBlock所能够提供的内存（即BlockSize）。

这种情况下，我们只需要将该_MemBlock作为新的当前_MemBlock挂到链表中，剩下的工作就和情形1完全类似。示意图如下：

图 4

b) 而在内存申请的字节数（即cb）大于或等于一个Block的字节数时，我们需要申请可使用内存超过正常长度（BlockSize）的_MemBlock。这个新生成的_MemBlock全部内存被用户申请。故此，我们只需要修改_ChainHeader的pPrev指针，改为指向这一块新申请的_MemBlock即可。m_begin、m_end保持不变（当前的_MemBlock还是当前的_MemBlock）。如图：

图 5

★ 下面我们考虑内存释放（Clear）过程。这个过程就是遍历_MemBlock释放所有的_MemBlock的过程，非常简单。代码如下：

void AutoFreeAlloc::Clear()
{
_MemBlock* pHeader = _ChainHeader();
while (pHeader)
{
_MemBlock* pTemp = pHeader->pPrev;
free(pHeader);
pHeader = pTemp;
}
m_begin = m_end = (char*)HeaderSize;
}

自动析构过程

我们知道，C++以及其他面向对象语言为对象引入了构造、析构过程。这是一个了不起的发明。因为只有这样，才能够保证对象从一开始产生以来（刚new出来），到对象销毁这整个过程，它的数据都处于完备状态，是自洽的。

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