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Windows下動態內存分配方式

2013-11-13 10:01:44  來源: .NET編程 

  這裡的動態內存包含以下兩個方面的內容
  內存這裡的內存指的是進程的虛擬內存空間在Win環境下每一個進程擁有獨立的大小為G(x ~ xFFFF FFFF)的虛擬內存空間
  動態這裡的動態指的是進程虛擬內存空間中的動態內存區域在一個進程的虛擬內存空間中只有動態內存可以在運行是被應用程序自由的分配/使用/釋放

  在Win環境下我們可以使用多種方式來分配/使用/釋放動態內存這些方式包括
Win API 這些API包括VirtualXXX()HeapXXX()LocalAlloc()GlobalAlloc()
C RunTime Library這些函數包括malloc()free()
C++提供的關鍵詞new和關鍵詞delete

  有這麼多的內存分配方式我們在學習和實際項目中編碼過程中常常會為使用那種方式而感到迷惑他們的內部實現是否相同?他們之間有什麼本質的區別?他們各自的使用場合又是怎樣的? 本文試圖通過深入探究他們的本質為正確理解和使用他們提供一些依據

  首先我們最好從全局的高度把握他們之間的關系這裡有一張圖很好的描述了他們之間的層次關系

  Windows Memory Management

  這張圖給了我們一個全景僅從這張圖我們就可以清楚地看到他們之間的層次關系
  第一層Win API作為系統的接口提供了一組操作虛擬內存的接口
  第二層Heap作為虛擬內存的一部分Win API又提供了一組操作Heap內存的接口但是這些接口是建立在操作虛擬內存的接口的基礎上
  第三層Windows平台下的C RunTime Library 又利用Heap API來實現malloc和free

  由此我們可以看出這些動態內存操作方式之間存有單一的層次關系位於這個層次的最低層的是Virtual Memory API可以說這些方式都是建立在Virtual Memory API的基礎上下面就從Virtual Memory API開始逐層分析他們之間的區別

  Virtual Memory API
 作為Windows系統提供的最核心的對虛擬內存操作的接口也作為其他幾種方式的基礎Virtual Memory API應該在幾種方式中是最通用也是功能最強大的一種方式如果想對Virtual Memory API的使用深入的了解可以參閱《Programming Application for Windows》(By Jeffrey Richter)

  Heap Memory API
 我們在學習進程內存空間映象的時候也提到了Heap這個概念那個時候Heap指的是一段由應用程序在運行時動態分配的內存段(Segment)和其他的內存段(代碼段數據段棧段等)構成了進程的內存空間而這裡的Heap指的是進程擁有的一種對象(Windows中有很多對象例如WINDOWICONBRUSH)當我們創建一個Heap對象的時候我們就可以獲得這個對象的Handle然後我們就可以使用這個handle來使用動態內存最後銷毀這個對象

  LocalAlloc/GlobalAlloc
 這兩個函數是Win API中遺留下來的兩個函數Win API為了保持兼容性才包含了這兩個函數這兩個函數內部是通過Heap Memory API來操作一個特殊的Heap對象進程的默認堆對象每一個進程在初始化的時候都會創建一個默認的Heap對象在進程結束的時候銷毀這個默認的Heap對象LocalAlloc和GblobalAlloc的區別僅表現在Win環境下在Win環境下內存的地址是通過段:段內偏移量來獲取的LocalAlloc()只能在同一段內分配內存而GlobalAlloc可以跨越段邊界訪問內存 在Win環境下內存訪問不存在這樣的限制所以他們表現出相同的功能由於Heap Memory API完全可以實現他們兩個的功能所以在Win下不推薦使用這兩個函數

  malloc/free
 這兩個函數是使用頻率最高的兩個函數由於他們是標准C庫中的一部分所以具有極高的移植性這裡的移植性指的是使用他們的代碼可以在不同的平台下編譯通過而不同的平台下的C RunTime Library的具體實現是平台相關的在Windows平台的C RunTime Library中的malloc()和free()是通過調用Heap Memory API來實現的值得注意的是C RunTime Library擁有獨立的Heap對象我們知道當一個應用程序初始化的時候首先被初始化的是C RunTime Library然後才是應用程序的入口函數而Heap對象就是在C RunTime Library被初始化的時候被創建的對於動態鏈接的C RunTime Library運行庫只被初始化一次而對於靜態連接的運行庫每鏈接一次就初始化一次所以對於每個靜態鏈接的運行庫都擁有彼此不同的Heap 對象這樣在某種情況下就會出問題導致程序崩潰例如一個應用程序調用了多個DLL除了一個DLL外其他的DLL包括應用程序本身動態連接運行庫這樣他們就使用同一個Heap對象而有一個DLL使用靜態連接的運行庫它就擁有一個和其他DLL不同的Heap 對象當在其他DLL中分配的內存在這個DLL中釋放時問題就出現了

  關鍵詞new/關鍵詞delete
 這兩個詞是C++內置的關鍵詞(keyword)當C++編譯器看到關鍵詞new的時候例如



  CMyObject* pObj = new CMyObject;

  編譯器會執行以下兩個任務
在堆上動態分配必要的內存這個任務是由編譯器提供的一個全局函數void* ::operator new(size_t)來完成的值得注意的是任何一個類都可以重載這個全局函數如果類重載了這個函數的化被類重載的那個會被調用
調用CMyClass的構造函數來初始化剛剛生成的對象當然如果分配的對象是C++中的基本數據類型則不會有構造函數調用
如果要深入全局函數void* ::operator new(size_t)的話我們會發現它的具體實現是通過調用malloc來分配內存的

  有了這樣的分析我們對這些動態內存分配方式有了一個更高一級的認識在我們的代碼中就可以正確使用他們


From:http://tw.wingwit.com/Article/program/net/201311/12316.html
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