为C++标准库容器写自己的内存分配程序

根据sgi 的STL源码的二级分配算法改写的内存池分配程序，只要稍微修改就可以实现共享内存方式管理，使用C++标准库容器中的map，set，multimap，multiset测试通过，vector测试通不过，原因是在内存回收的时候考虑的比较简单，vector每次分配内存个数不固定，回收也不固定，这样的话，程序还需要继续完善。

内存池管理程序源码如下：

#ifndef MY_ALLOCATOR_H_
#define MY_ALLOCATOR_H_
#include "stdafx.h"
#include
#include

namespace happyever
{
  enum { NODENUMS = 2 };
  union _Obj
  {
    union _Obj* M_free_list_link;
    char M_client_data[1];   
  } ;

  typedef union _Obj Obj;

  struct _Cookie
  {
    int iShmKey;        /* 共享内存键值 */
    int iShmID;         /* iShmKey对应的shmid */
    int iSemKey;        /* 锁信号键值 */
    int iSemID;         /* 锁信号标识 */

    int iTotalsize;    /* 容器总容量 */

    void* pStartall;   /* 共享内存自身地址 */
    char* pStartfree;  /* 自由空间的开始地址*/
    char* pEndfree;    /* 自由空间的结束地址*/

    int iUseNum[NODENUMS];
    /*用来存放free_list中节点的size*/
    short sFreelistIndex[NODENUMS];

    /*存放分配内存节点的链表*/
    Obj* uFreelist[NODENUMS];
  };

  typedef struct _Cookie Cookie;

  //Obj;
  //Cookie;
  static Cookie *pHead = NULL;

  template
  class MyAlloc
  {
  private:
    static const int ALIGN = sizeof(Obj);

    int round_up(int bytes);
    int freelist_index(int bytes);
    int freelist_getindex(int bytes);
    char* chunk_alloc(int size, int *nobjs);
    void* refill(int num,int n);

  public:
    // type definitions
    typedef T        value_type;
    typedef T*       pointer;
    typedef const T* const_pointer;
    typedef T&       reference;
    typedef const T& const_reference;
    typedef std::size_t    size_type;
    typedef std::ptrdiff_t difference_type;

    template
    struct rebind
    {
      typedef MyAlloc other;
    };

    pointer address (reference value) const
    {
      return &value;
    }
    const_pointer address (const_reference value) const
    {
      return &value;
    }

    MyAlloc() throw()
    {
      std::cout<<"MyAlloc"<    }

    MyAlloc(const MyAlloc& x) throw()
    {
      std::cout<<"const MyAlloc"<    }

    template
    MyAlloc (const MyAlloc& x) throw()
    {
      std::cout<<"const MyAlloc"<    }

    ~MyAlloc() throw()
    {
      std::cout<<"~MyAlloc"<    }

    size_type max_size () const throw()
    {
      return std::numeric_limits::max() / sizeof(T);
    }

    //void PrintFreelistAndCookie();

    pointer allocate (size_type num, const void* = 0)
    {
      pointer ret = 0;
      Obj** my_free_list;
      Obj* result;
      int index;

      // print message and allocate memory with global new
      std::cerr << "allocate " << num << " element(s)"
        << " of size " << sizeof(T) << std::endl;

      index = freelist_index(sizeof(T));
      if(index >= NODENUMS)
      {
        return NULL;
      }

      my_free_list = pHead->uFreelist + index;

      //Lock(semid,LOCK_NUM);

      result = *my_free_list;
      if (result == 0)
      {
        ret = (pointer)refill((int)num, round_up(sizeof(T)));
      }
      else
      {
        *my_free_list = result->M_free_list_link;
        ret = (pointer)result;
      }
      //UnLock(semid,LOCK_NUM);

      pHead->iUseNum[index] = pHead->iUseNum[index] + (int)num;

      if(0 == ret)
      {
        std::cerr << "alloc memory fail!" << std::endl;
        exit(1);
      }
      std::cerr << " allocated at: " << (void*)ret << std::endl;

      PrintFreelistAndCookie();
      return ret;
    }

    void construct (pointer p, const T& value)
    {
      // initialize memory with placement new
      new((void*)p)T(value);
    }

    void destroy (pointer p)
    {
      // destroy objects by calling their destructor
      p->~T();
    }

    void deallocate (pointer p, size_type num)
    {
      Obj** my_free_list;
      Obj* q ;
      int index;

      index = freelist_getindex(sizeof(T));
      if(index >= NODENUMS)
      {
        std::cerr << "deallocate memory fail!" << std::endl;
        exit(1);
      }

      my_free_list = pHead->uFreelist + index;
      q = (Obj*) p;

      //Lock(semid,LOCK_NUM);
      /*这个地方可能会有问题*/
      //for(int i=0 ;i<(int)num ; i++)
      {
        q->M_free_list_link = *my_free_list;
        *my_free_list = q;
      }
      //UnLock(semid,LOCK_NUM);

      pHead->iUseNum[index] = pHead->iUseNum[index] - (int)num;
     
      std::cerr << "deallocate " << num << " element(s)"
        << " of size " << sizeof(T)
        << " at: " << (void*)p << std::endl;

      PrintFreelistAndCookie();

    }
  };

  template
  int MyAlloc::round_up(int bytes)
  {
    int i;

    i = bytes;
    if(bytes < ALIGN)
    {
      i = ALIGN;
    }

    std::cout<<"round_up:bytes="<    std::cout<<"sizeof(struct Cookie) = "<    std::cout<<"Totalsize     = "<iTotalsize<    std::cout<<"UsedSize      = "<pStartfree-(char*)pHead)<    std::cout<<"FreepoolSize  = "<pEndfree - pHead->pStartfree)<    std::cout<<"Startall      = "<<&(pHead->pStartall)<    std::cout<<"Startfree     = "<<&(pHead->pStartfree)<    std::cout<<"Endfree       = "<<&(pHead->pEndfree)<

    std::cout<<"nFreelist info :"<    for(i=0 ; i    {
      j=0;
      std::cout<<"iUseNum["<iUseNum[i]<      std::cout<<"FreelistIndex["<sFreelistIndex[i]<      my_free_list = pHead->uFreelist[i];
      if(my_free_list->M_client_data != 0)
      {

        while(my_free_list->M_client_data != 0)
        {
          j++;
          my_free_list = my_free_list->M_free_list_link;
        }
        std::cout<<"free_list["<#include

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
  happyever ::InitShm();
  multimap,happyever ::MyAlloc > m;

  m.insert(make_pair(string("Harry"), 32));
  m.insert(make_pair(string("Mary"), 59));
  m.insert(make_pair(string("Roger"), 18));
  m.insert(make_pair(string("Nancy"), 37));
  m.insert(make_pair(string("Mary"), 23));
 
  typedef multimap,happyever ::MyAlloc >::iterator Iter;

  for (Iter p = m.begin(); p != m.end(); p++)
  {
    cout << p->first << "," << p->second << endl;
  }

  Iter p = m.find("Harry");
  m.erase(p);

  /*p = m.find("Harry");
  cout << "Harry is: " << p->second << "." << endl;*/

  for (Iter p = m.begin(); p != m.end(); p++)
  {
    cout << p->first << "," << p->second << endl;
  }
 

  return 0;
}

以上程序在vs2005，vc6上测试通过。使用MinGW编译的时候只需要去掉vc的预编译头文件

#include "stdafx.h"

即可。

以上程序只要稍微修改，就可以实现共享内存的管理，可以方便的使用标准库提供的容器。加上信号量的锁机制。

以上为了学习而改写的SGI的stl二级分配算法实现的。以上代码存在一定的局限性。我另外完整实现了共享内存管理的STL标准的alloctor程序，使用posix信号量加锁。目前应用在aix的xlC编译环境下。因为源码涉及公司的商业秘密，所以不能公开。但基本上以上源码已经体现了自己管理内存的完整思路，供这方面需求的朋友一起学习研究用。