??? 先來說，heap是什么，heap就是堆，在不知道具體細(xì)節(jié)的時(shí)候，我們只知道，通過new和malloc，我們可以動(dòng)態(tài)獲得一個(gè)內(nèi)存區(qū)域，用來存放自己的對(duì)象和變量，而這些內(nèi)存區(qū)域都是在heap上的。heap應(yīng)該就是一個(gè)內(nèi)存區(qū)域吧。應(yīng)該會(huì)有很多人這么認(rèn)為過。
??? 后來，學(xué)習(xí)了Windows的內(nèi)存模型和內(nèi)存管理機(jī)制，知道了地址空間，明白了Windows（32bit）給每個(gè)進(jìn)程一個(gè)假象，就好像是進(jìn)程擁有一個(gè)大到4G的內(nèi)存空間。這個(gè)就是虛擬的地址空間，程序在這個(gè)地址空間上訪問數(shù)據(jù)，而這個(gè)數(shù)據(jù)的在物理內(nèi)存中的真實(shí)位置是不確定的，可能在物理內(nèi)存的某個(gè)頁中，也可能因?yàn)閾Q頁，存放在頁面文件中。Windows的核心管理著虛擬地址空間和物理內(nèi)存的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而作為程序員，我們所見到，只有虛擬地址而已。
??? 操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理機(jī)制的絕妙之處在于，一個(gè)進(jìn)程可以使用的地址空間很大，但是除非這些地址被保留后提交，否則就不會(huì)占用真實(shí)的物理內(nèi)存。翻翻MSDN，發(fā)現(xiàn)以下這些API：
?VirtualAlloc
?VirtualAllocEx
?VirtualFree
?VirtualFreeEx
?VirtualLock
?VirtualProtect
?VirtualProtectEx
?VirtualQuery
?VirtualQueryEx
?VirtualUnlock

??
?VirtualAlloc和VirtualAllocEx用來在地址空間上保留和提交一個(gè)區(qū)域。

?VirtualFree和VirtualFreeEx用來釋放或者反提交一個(gè)區(qū)域。

?VirtualLock用于將一個(gè)地址空間上的區(qū)域鎖在物理內(nèi)存上，也就是防止因?yàn)閾Q頁而導(dǎo)致的這個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)入頁面文件。?VirtualUnlock的作用正相反，是將鎖到物理內(nèi)存上的地址區(qū)域解鎖，使之允許被換頁出物理內(nèi)存。

?VirtualProtect和VirtualProtectEx用于設(shè)置一個(gè)地址區(qū)域的保護(hù)屬性。

?VirtualQuery和VirtualQueryEx用于獲取一個(gè)地址區(qū)域的額外信息。

???
??? 這些函數(shù)是Windows API中，我們能夠接觸到的，內(nèi)存分配的最核心的API了，我們可以對(duì)內(nèi)存分配的過程的許多細(xì)節(jié)做精細(xì)的控制，要考慮的內(nèi)容也很多，比如頁的大小，內(nèi)存分配粒度問題。Windows上所有的內(nèi)存分配都要用到這些函數(shù)。
??? 既然內(nèi)存分配的API都有了，new和malloc有是怎么回事。?
??? 首先，C和C++都是內(nèi)核非常精簡(jiǎn)的語言，關(guān)鍵字很少，很多功能都是通過庫函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)充的，而C和C++的運(yùn)行時(shí)庫是這些庫中最不可或缺的一個(gè)庫，它負(fù)責(zé)在C和C++編寫的程序開始執(zhí)行之前，初始化一個(gè)可供程序運(yùn)行的環(huán)境（這個(gè)環(huán)境包括棧、堆、輸入輸出和環(huán)境變量等等），而malloc是運(yùn)行時(shí)庫中負(fù)責(zé)內(nèi)存分配的函數(shù)。
??? C和C++編程語言要做到跨平臺(tái)，當(dāng)然就需要有針對(duì)不同平臺(tái)的運(yùn)行時(shí)庫的實(shí)現(xiàn)了。malloc函數(shù)，要在Windows上面實(shí)現(xiàn)，那最終還是需要用到Windows上面的內(nèi)存分配函數(shù)，要在Linux上面實(shí)現(xiàn)，那肯定也需要使用Linux的內(nèi)存分配函數(shù)。
??? new和malloc的區(qū)別在于，malloc是運(yùn)行時(shí)庫函數(shù)，而new是語言的關(guān)鍵字，關(guān)鍵字是在語言的核心進(jìn)行支持的，目的是支持類的創(chuàng)建和構(gòu)造。new在生產(chǎn)一個(gè)對(duì)象實(shí)例的時(shí)候，必須判斷類的構(gòu)造函數(shù)，并準(zhǔn)確的調(diào)用，而光用mallloc分配內(nèi)存是不夠的。這個(gè)是new的特殊之處，但是new的實(shí)現(xiàn)中一定也使用了malloc函數(shù)。
??? 看似malloc可以直接調(diào)用虛擬內(nèi)存分配的API，申請(qǐng)內(nèi)存，可是Windows并沒有這么做，而是在地址空間上又加了一個(gè)層次，這個(gè)就是heap，通過heap來管理一個(gè)區(qū)域的地址空間，這樣就可以有多個(gè)heap，就像把地址空間分成了若干個(gè)小的內(nèi)存池，彼此之間互不影響。
??? 這樣有很多好處，第一，在申請(qǐng)或釋放內(nèi)存的時(shí)候，操作系統(tǒng)要查找未分配或已分配的內(nèi)存區(qū)域的鏈表，這種小型化的內(nèi)存池相比整個(gè)地址空間作為一個(gè)完整內(nèi)存池的方案來說，效率是要高很多的；第二，在多線程運(yùn)行的環(huán)境下，如果線程使用不是同一個(gè)heap，那么也就不需要考慮線程同步的問題了，可以提高多線程的效率。其他的好處，恕我愚鈍，還沒想到。
??? 使用heap的好處，我們平常沒有認(rèn)識(shí)到，因?yàn)槲覀兲?xí)慣于new和malloc了。有些時(shí)候new和malloc不是使用內(nèi)存的好方案，為什么呢？因?yàn)樾省?/p>

??
?? C和C++的運(yùn)行時(shí)庫在初始化的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)heap，叫做運(yùn)行時(shí)庫heap。是的，沒錯(cuò)，在這之后就運(yùn)行時(shí)庫不會(huì)再創(chuàng)建其他heap了，也就是說，如果你用malloc申請(qǐng)內(nèi)存，始終是在這個(gè)運(yùn)行時(shí)庫heap上分配內(nèi)存，無論是一個(gè)字節(jié)還是一個(gè)大數(shù)組，這樣一來，這個(gè)heap就會(huì)很零散。
?? 最要命的是，運(yùn)行時(shí)庫heap是一個(gè)序列化的heap，所謂序列化，就是說在這個(gè)heap上面的的所有操作必須有先后順序，比如線程A正在用malloc申請(qǐng)內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候線程B馬上也調(diào)用了malloc，但是A的調(diào)用還沒結(jié)束，線程B只能等待。在單CPU單核的機(jī)器上，性能的差異不明顯，在多核多CPU的機(jī)器上，這樣的等待如果多了，就會(huì)明顯的影響多線程的效率了。

?? 繼續(xù)說一些heap的信息。Windows下面，每一個(gè)進(jìn)程都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的heap，初始大小是1MB，Windows的許多函數(shù)都需要一些臨時(shí)的內(nèi)存塊，這些都是從進(jìn)程的默認(rèn)heap中分配的。如果是一個(gè)C或C++程序，就得加上運(yùn)行時(shí)庫heap，這樣最起碼得有2個(gè)heap，但是我試著創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)程序，用API統(tǒng)計(jì)一下heap的數(shù)目，竟然有4個(gè)heap，不知道其他的heap是什么時(shí)候創(chuàng)建的。
?? 對(duì)于系統(tǒng)默認(rèn)的heap的訪問必須有線程保護(hù)，也就是順序操作（序列化的heap），這個(gè)會(huì)浪費(fèi)一些時(shí)間（上面已經(jīng)說明了）。如果要想使得你的線程以最快的速度訪問heap，你需要為線程創(chuàng)建一個(gè)只被自己訪問的heap，并取消heap的序列化選項(xiàng)。但是默認(rèn)的heap必定是序列化的。

?Windows下面與heap相關(guān)API
?GetProcessHeap
?GetProcessHeaps
?HeapAlloc
?HeapCompact
?HeapCreate
?HeapDestroy
?HeapFree
?HeapLock
?HeapQueryInformation
?HeapReAlloc
?HeapSetInformation
?HeapSize
?HeapUnlock
?HeapValidate
?HeapWalk

?

?這里只羅列一下，怎么使用就參考MSDN吧。

?

http://blog.csdn.net/zencher/archive/2010/05/13/5588748.aspx

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Windows内存管理 - 隐藏在new和malloc背后的heap的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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