1、SGI 特殊的空间配置器，std::alloc

SGI STL 的配置器与众不同，也与标准规范不同，其名称是 alloc 而非 allocator ，而且不接受任何参数。

我们所习惯的c++内存配置操作和释放操作如下：

class Foo { ... };
Foo* pf = new Foo; // 配置内存，然后构造对象
delete pf; // 将对象析构，然后释放内存

这其中的new 操作符（new operator）包含两阶段操作：

（1）调用operator new配置内存
（2）调用Foo::Foo( )构造函数构造对象内容。

delete操作符包含两阶段操作：

（1）调用Foo::~Foo( )析构函数将对象析构。
（2）调用operator delete释放内存

注：如果只是进行空间分配操作，那么使用operator new就可以了，就好比C的malloc函数；如果已经分配好了空间，想在上面构造一个对象，那么可以使用placement new。

STL allocator 将这两阶段操作区分开来。内存配置操作由 alloc::allocate() 负责，内存释放操作由 alloc::deallocate() 负责；对象构造操作由 ::construct() 负责，对象析构操作由 ::destroy() 负责。

内存空间的配置/释放与对象内容的构造/析构，分别着落在<stl_alloc.h>和<stl_construct.h>这两个文件身上。此外还有一个文件<stl_uninitialized.h>，这里定义了一些全局函数，用来填充(fill)或复制(copy)大块内存数据，它们也都隶属于STL标准规范。

总结：

STL空间配置器主要分三个文件实现：
（1）<stl_construct.h> ：这里定义了全局函数construct()和destroy()，负责对象的构造和析构。

（2）<stl_alloc.h>：文件中定义了一、二两级配置器，彼此合作，配置器名为alloc。

（3）<stl_uninitialized.h>：这里定义了一些全局函数，用来填充(fill)或复制(copy)大块内存数据，他们也都隶属于STL标准规范。

STL提供了五个全局函数用于处理空间，分别为：

1. construct 用于构造；
2. destroy 用于析构；
3. uninitialized_copy(first, last, result) 将[first,last)
范围内的对象复制到result处；
4. uninitiated_fill(first, last, X) 将[first,last)范围内的内
存用对象X的副本填充；
5. uninitiated_fill_n(first, n, X) 将first开始的n个连续的内存
空间用X的副本填充；

2、std::alloc如何以高效率淘汰前面的allocator的

简单来说，alloc主要在如下方面超越了allocator

1.通过内存池技术提升了分配效率:
2.对小内存频繁分配所可能造成的内存碎片问题的处理
3.对内存不足时的处理

3、两级空间配置器

SGI STL在<stl_alloc.h>中定义了两级配置器。第一级空间配置器使用malloc/free函数，当分配的空间大小超过128 bytes的时候使用第一级空间配置器；第二级空间配置器使用了内存池技术，当分配的空间大小小于128 bytes的时候，将使用第二级空间配置器。

当用户申请大区块时，它将其交予第一级配置器。当用户申请小区块时，将与内存池打交道，内存池通过自由链表(free-list)来管理小区块，当内存池不足时，会一次性向堆中申请足够大的空间。用户可以通过宏来控制使用哪一级配置器(默认为二级配置器)。

 static void* allocate(size_t __n){void* __ret = 0;// 如果大于128 bytes，则使用第一级空间配置器if (__n > (size_t) _MAX_BYTES) {__ret = malloc_alloc::allocate(__n);}else {// 通过大小取得free-list数组下标，随后取得对应节点的指针// 相当于&_S_free_list[_S_freelist_index(__n)]_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list= _S_free_list + _S_freelist_index(__n);_Obj* __RESTRICT __result = *__my_free_list;// 如果没有可用的节点，则通过_S_refill分配新的节点if (__result == 0)__ret = _S_refill(_S_round_up(__n));else {// 将当前节点移除，并当做结果返回给用户使用*__my_free_list = __result -> _M_free_list_link;__ret = __result;}}return __ret;};

大量分配小块的内存空间会带来问题：一是从运行库的堆管理器中取得的内存（如通过malloc获得），会有一部分空间用于存储管理信息，用于管理各个内存块，导致内存的使用率降低；二是过多的小块内存会带来内存碎片问题；采用合适的内存池技术可以避免这些问题。

配置器除了负责配置，也负责回收。为了管理方便，SGI第二级配置器会主动将任何小额区块的内存需求量上调至8的倍数。并维护16个free-lists，各自管理大小分别为8，16，24，32，40，48，56，64，72，80，88，96，104， 112，120，128 字节的小额区块。当申请小于等于128字节时就会检查对应的free list，如果free-list中有可用的区块，就直接拿来，如果没有，就准备通过refill为对应的free-list 重新填充空间。free-list的节点结构如下：

union obj
{union obj* free_list_link;char client_data[1];
};

这里使用union结构，是为了节省空间。
空间的回收，则是把内存重新加入到free-list对应的节点链表上去。

4、refill的机制

前面提到，如果free-list中没有可用的区块，就通过refill为对应的free-list 重新填充空间。此时refill进行了怎样的操作呢？

默认操作是通过_S_chunk_alloc从内存池中取得20个新的节点添加到free-list链表中，而如果内存池中的内存不够用，这时候能分多少就分多少节点，返回的相应的节点数。再万一内存池一个节点都提供不了，就给内存池新增空间，如果失败，再抛出bad_alloc异常。

template <bool __threads, int __inst>
void*
__default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_refill(size_t __n)
{int __nobjs = 20;// 通过内存池分配内存，第二个参数为传引用方式char* __chunk = _S_chunk_alloc(__n, __nobjs);_Obj* __STL_VOLATILE* __my_free_list;_Obj* __result;_Obj* __current_obj;_Obj* __next_obj;int __i;// 如果只分配了一个节点，那么直接返回给用户就是了if (1 == __nobjs) return(__chunk);// 如果分配了不止一个节点，那么多余的我们要放到free-list里面去__my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n);/* Build free list in chunk */__result = (_Obj*)__chunk;*__my_free_list = __next_obj = (_Obj*)(__chunk + __n);for (__i = 1; ; __i++) {__current_obj = __next_obj;__next_obj = (_Obj*)((char*)__next_obj + __n);if (__nobjs - 1 == __i) {// 最后一个节点的_M_free_list_link指针指向NULL，并跳出循环__current_obj -> _M_free_list_link = 0;break;} else {__current_obj -> _M_free_list_link = __next_obj;}}return(__result);
}

5、内存池

通过_S_chunk_alloc，从内存池中分配空间给free-list。_S_chunk_alloc的流程总结如下：

1、 内存池有足够大小的空间，则分配申请的空间；
2、 内存池没有足够大小的空间，但是至少还能分配一个节点的空间，则能分多少分多少；
3、 内存池一个节点都腾不出来，向系统的heap申请2倍于要求大小的空间，在
此之间，如果内存池剩余有空间，则放到free-list中去；
4、 如果向heap申请空间失败，那么只能看free-list中更大的节点是否有可
用空间了，有则用之，同时递归调用自身修正__nobjs；
5、 如果free-list也没有可用节点了，那么转向第一级空间配置器申请空间；
6、 再不行，第一级空间配置器就抛出bad_alloc异常。

如果有需求的话，内存池中会不断的通过malloc申请新的内存，最后内存池所拥有的内存也会越来越大，当然最后进程结束的时候，这些内存都会由操作系统收回。

部分参考自http://www.programlife.net/stl-allocator.html