SGI STL 在g++中默认的编译选项是构造2个分配器。

第一级分配器__malloc_alloc_template

这个一级分配器设计比较简单。由于SGI STL中分配内存没有使用C++推荐的 operator new/delete 而是使用malloc/delete。所以，并没有set_new_handler()。当面对内存不足的情况，这里模仿了c++的做法。

template <int __inst>
void (* __malloc_alloc_template<__inst>::__malloc_alloc_oom_handler)() = 0;

static void (* __set_malloc_handler(void (*__f)()))()
{
    void (* __old)() = __malloc_alloc_oom_handler;
    __malloc_alloc_oom_handler = __f;
    return(__old);
}

template <int __inst>
void*
__malloc_alloc_template<__inst>::_S_oom_malloc(size_t __n)
{
    void (* __my_malloc_handler)();
    void* __result;

    for (;;) {
       //这里不断的调用处理分配不足的情况代码，如果有可能解决问题，那么OK，如果还是不行，那么
         //只能抛出异常，当然，如果没有指定，默认为NULL，则会直接抛出异常。
        __my_malloc_handler = __malloc_alloc_oom_handler;
        if (0 == __my_malloc_handler) { __THROW_BAD_ALLOC; }
        (*__my_malloc_handler)();
        __result = malloc(__n);
        if (__result) return(__result);
    }
}

//这里，如果分配不足，则会调用_S_oom_malloc来救急。oom，就是out of memory的意思。
static void* allocate(size_t __n)
{
    void* __result = malloc(__n);
    if (0 == __result) __result = _S_oom_malloc(__n);
    return __result;

}

二级分配器 __default_alloc_template

二级配置器多了很多机制，在分配小的内存上做了优化。

粗略的分配策略。

分配大小超过 _MAX_BYTES = 128bytes，使用一级分配器处理。当分配器大小小于128bytes时，则通过内存池管理。 调整分配大小到8的倍数，从freeList中，分配内存。

template <bool threads, int inst>
class __default_alloc_template {

private:
  // Really we should use static const int x = N
  // instead of enum { x = N }, but few compilers accept the former.
# ifndef __SUNPRO_CC
    enum {_ALIGN = 8}; 
    enum {_MAX_BYTES = 128};
    enum {_NFREELISTS = _MAX_BYTES/_ALIGN}; //free_list 个数
# endif
  static size_t
  _S_round_up(size_t __bytes)
    { return (((__bytes) + _ALIGN-1) & ~(_ALIGN - 1)); }

__PRIVATE:
  union _Obj {
        union _Obj* _M_free_list_link;
        char _M_client_data[1];    /* The client sees this.        */
  };
//根据大小，找到对应的index，从1开始。
static  size_t _S_freelist_index(size_t __bytes) {
        return (((__bytes) + _ALIGN-1)/_ALIGN - 1);
}

可以看出，_Obj就是一个简单的单向链表，只是这个链表和我们之前学习的不一样。之前的链表数据只是链表节点的一部分，而这里当分配给client的时候是一整块的。

分配空间

static void* allocate(size_t __n)
  {
    _Obj* __VOLATILE* __my_free_list;
    _Obj* __RESTRICT __result;

    if (__n > (size_t) _MAX_BYTES) {
        return(malloc_alloc::allocate(__n));
    }
    __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n);
    // Acquire the lock here with a constructor call.
    // This ensures that it is released in exit or during stack
    // unwinding.
#ifndef _NOTHREADS
        /*REFERENCED*/
        _Lock __lock_instance;
#endif
    __result = *__my_free_list;
    if (__result == 0) { //没有找到freeList
        void* __r = _S_refill(_S_round_up(__n)); //这里重新填充 freeList
        return __r;
    }
    *__my_free_list = __result -> _M_free_list_link;
    return (__result);
  };

如果能够获得freeList，情况很简单，将__my_free_list 的值，指向已经分配空间的下一块空间。

/* Returns an object of size __n, and optionally adds to size __n free list.*/
/* We assume that __n is properly aligned.                                */
/* We hold the allocation lock.                                         */
template <bool __threads, int __inst>
void*
__default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_refill(size_t __n)
{
    int __nobjs = 20;
     //由他来分配空间，第二个参数为引用， 所以有可能出现分配不足，也就是__nobjs < 20的情况。
    char* __chunk = _S_chunk_alloc(__n, __nobjs); 
    _Obj* __VOLATILE* __my_free_list;
    _Obj* __result;
    _Obj* __current_obj;
    _Obj* __next_obj;
    int __i;

    if (1 == __nobjs) return(__chunk); //如果只能分配一个大小，那么我们不需要调整freeList了。
    __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n);

    /* Build free list in chunk */ //构造freeList
      __result = (_Obj*)__chunk;
      *__my_free_list = __next_obj = (_Obj*)(__chunk + __n);
      for (__i = 1; ; __i++) { //从第二个开始构造freeList，因为第一个需要传给上层函数。
        __current_obj = __next_obj;
        __next_obj = (_Obj*)((char*)__next_obj + __n);
        if (__nobjs - 1 == __i) {
            __current_obj -> _M_free_list_link = 0;
            break;
        } else {
            __current_obj -> _M_free_list_link = __next_obj;
        }
      }
     //这里，我们发现，这个freeList，其实就是一个简单的单向链表，
    //__my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n); 这个就是获得这个链表的表头。
    return(__result);
}

释放空间

/* __p may not be 0 */
  static void deallocate(void* __p, size_t __n)
  {
    _Obj* __q = (_Obj*)__p;
    _Obj* __VOLATILE* __my_free_list;

    if (__n > (size_t) _MAX_BYTES) {
        malloc_alloc::deallocate(__p, __n); //过大的block，我们通过1级分配器搞定
        return;
    }
    __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__n);
    // acquire lock
#       ifndef _NOTHREADS
        /*REFERENCED*/
        _Lock __lock_instance;
#       endif /* _NOTHREADS */
     //这里是典型的在listHead 的下一个位置添加的操作，这里看出，对于小的block，我们并没有给操作系统，而是
    //链表保存起来。
    __q -> _M_free_list_link = *__my_free_list;
    *__my_free_list = __q;
    // lock is released here
  }

内存池分配

/* We allocate memory in large chunks in order to avoid fragmenting     */
/* the malloc heap too much.                                            */
/* We assume that size is properly aligned.                             */
/* We hold the allocation lock.                                         */
template <bool __threads, int __inst>
char*
__default_alloc_template<__threads, __inst>::_S_chunk_alloc(size_t __size,
                                                            int& __nobjs)
{
    char* __result;
    size_t __total_bytes = __size * __nobjs;
    size_t __bytes_left = _S_end_free - _S_start_free;

    if (__bytes_left >= __total_bytes) {
          //内存池足够，分配后返回
        __result = _S_start_free;
        _S_start_free += __total_bytes;
        return(__result);
    } else if (__bytes_left >= __size) {
          //内存池不够整个memory block，但是足够一个以上的block。
        __nobjs = (int)(__bytes_left/__size);
        __total_bytes = __size * __nobjs;
        __result = _S_start_free;
        _S_start_free += __total_bytes;
        return(__result);
    } else {
          //内存池已经一个都不能满足memory block
        size_t __bytes_to_get = 2 * __total_bytes + _S_round_up(_S_heap_size >> 4);
        // Try to make use of the left-over piece.
        if (__bytes_left > 0) {
               //内存池中还有剩余，找到这部分空间并填入相应的memory block list中。
            _Obj* __VOLATILE* __my_free_list =
                        _S_free_list + _S_freelist_index(__bytes_left);

            ((_Obj*)_S_start_free) -> _M_free_list_link = *__my_free_list;
            *__my_free_list = (_Obj*)_S_start_free;
        }
          //内存池为空，我们从heap中找内存
          //__bytes_to_get是一个不断增加的数字，也就是每次从heap分配的空间越来越多。
        _S_start_free = (char*)malloc(__bytes_to_get);  
        if (0 == _S_start_free) {
                //极端情况， heap的空间不足。
            size_t __i;
            _Obj* __VOLATILE* __my_free_list;
     _Obj* __p;
            // Try to make do with what we have.  That can't
            // hurt.  We do not try smaller requests, since that tends
            // to result in disaster on multi-process machines.
                //这部分不理解，为什么只能从大的block中分配呢？
            for (__i = __size; __i <= _MAX_BYTES; __i += _ALIGN) {
                __my_free_list = _S_free_list + _S_freelist_index(__i);
                __p = *__my_free_list;
                if (0 != __p) {
                          //在freeList 中，我们找到了一个大的block，并且里面有数据
                    *__my_free_list = __p -> _M_free_list_link;
                    _S_start_free = (char*)__p;
                    _S_end_free = _S_start_free + __i;
                          //从大的freelist中，我们分配出一个来到内存池，然后递归。这次没有
                              //意外，会找到足够的内存
                    return(_S_chunk_alloc(__size, __nobjs));
                    // Any leftover piece will eventually make it to the
                    // right free list.
                }
            }
                //还是没有满足要求，调用一级分配器看oom机制，是否能够帮助我们
     _S_end_free = 0; // In case of exception.
            _S_start_free = (char*)malloc_alloc::allocate(__bytes_to_get);
            // This should either throw an
            // exception or remedy the situation.  Thus we assume it
            // succeeded.
        }
          //扩充了内存池大小
        _S_heap_size += __bytes_to_get;
        _S_end_free = _S_start_free + __bytes_to_get;
        return(_S_chunk_alloc(__size, __nobjs));//根据新的内存池大小，修正__nobjs
    }//end else
     //这里我们看出了，为什么是8的倍数，所以，我们分配的大的block，肯定会在小的block中找到位置，而不会
      //浪费掉当然，具体的理由肯定还有更多，需要去了解更多的内存方面的知识才能理解。
}

内存管理这里仅仅是一个最最基本的梳理，事实上其实仅仅是照本宣科而已，因为这里面有太多的细节需要去琢磨。STL设计这样的原因是什么？他的分配回收机制为什么是这样？他的分配粒度，以及处理分配不足的手段。对我来说都是未知，不过好在目前的确不需要思考过多这些问题。仅仅是上层的封装和简单功能的实现就已经让我受益匪浅了。这些问题还是留给时间去沉淀这些未知吧。