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C++-MemoryManagement-HouJie

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候捷老师 C++ 系列课程导航:(编号顺序可作为学习顺序参考)

  1. C++面向对象高级编程(上)-基于对象和面向对象
  2. C++面向对象高级编程(下)-兼谈对象模型
  3. C++标准库(STL)与泛型编程
  4. C++新标准-C++11/14
  5. C++内存管理
  6. C++Startup揭秘

课程简介

内存(memory,台湾术语称为“記憶體”)是电脑中的“脑”吗?CPU才是脑, CPU才是计算机的三魂六魄。但若没有内存,一切只存在于虚无缥缈间,等同 于不存在。

内存曾经是最宝贵也最昂贵的周边资源,现代程序员无法想像DOS时代对内存 的锱铢必较。

俱往矣,且看今朝。我们(似乎)有用不完的便宜内存。但表象之下是操作系统和 标准库做了大量工作。而如果你开发内存高耗软件,或处于内存受限环境下(例 如嵌入式系统),就有必要深刻了解操作系统和标准库为你所做的内存管理,甚 至需要自行管理内存。

本课程分为六讲:

第一讲:Primitives

C++语言中与内存相关的所有基础构件(constructs),包括malloc/free,new/delete, operator new/operator delete,placement new/placement delete,我将探讨它们的意 义、运用方式和重载方式。并以此开发一个极小型内存池(memory pool)。

第二讲:std::allocator

标准库的兴起,意味我们可以摆脱内存管理的繁复琐屑,直接使用容器。但是容 器背后的分配器(allocator)攸关容器的速度性能和空间性能。我将比较Visual C++, Borland C++,GNU C++标准库中的allocator,并深入探索其中最精巧的GNU C++ allocator的设计。

第三讲:malloc/free

malloc/free是所有内存管理手段的最后一哩;通过它才和操作系统搭上线。当然 你也可以直接调用system API,但不建议。因此理解malloc/free的内部管理至为 重要。我将以Visual C++的CRT(C RunTime Library)所带的malloc/free源代码 为基础,深度探索这最基础最关键的内存分配与释放函数。

第四讲:loki::allocator

即使知名如GNU C++ pool allocator,也有其小缺陷。Loki(一套作风前沿的程序 库)的allocator设计精简功能完整几无缺点,很值得我们深究。

第五讲:其他主题

除了std::allocator,GNU C++还带不少allocators,它们不是标准库的一部分, 可视为标准库的扩充。我将探讨这些扩充的allocator,特别是bitmap allocator。

我们谈的不只是应用,还深入设计原理与实现手法。在理解了这么多底层 (Windows Heap,CRT malloc/free,C++ new/delete,C++ allocators)之后,也许你终 于恍然大悟,再不需要自行管理内存了;或也许你终于有能力想像,该在何处以 何种方式加强内存管理。

你将获得整个video课程的完整讲义(也就是video呈现的每一张投影片画面), 和一个完整程序包括代码文件.cpp和可执行文件.exe。你可以在视听过程中随时 停格仔细阅读讲义,细细咀嚼我所绘制的各种示意图和源代码之间的流动路 线——这的确很需要时间和脑力,却能令你脑洞大开。

侯捷简介:程序员,软件工程师,台湾工研院副研究员,教授。曾任教于中坜元 智大学、上海同济大学、南京大学。著有《无责任书评》三卷、《深入浅出MFC》、 《STL源码剖析》…,译有《Effective C++》《More Effective C++》《C++ Primer》 《The C++ Standard Library》…。


以下这份不算太细致的主题划分,协助您认识整个课程内容,以及在视听过程中正确翻找讲义。末尾的编号就是讲义的页码。

内存管理101–从平地到万丈高楼

主题划分

第一讲:C++内存构件

Overview 1-10
内存分配的每一层面 11
四个基本层面的用法 12-14
基本构件之一 new/delete expressions 15-17
基本构件之二 array new/delete 18-21
基本构件之三 placement new/delete 22
基本构件之分配流程 23-24
基本构件之重载 25-34
Per-class allocator第一版本 35-36
Per-class allocator第二版本 37-38
Common static allocator(第三版本)39-41
Macro allocator(第四版本)42-43
GNU C++ allocator(第五版本)样貌44
杂项讨论 45-48

第二讲:std::allocator

内存块布局 52
VC6 allocator 53
BC5 allocator 54
GNU allocator 55-60
GNU allocator行为剖析 61-76
GNU allocator源码剖析 77-87
GNU allocator检讨 88-89
GNU allocator监视 90-91
GNU allocator移植到C语言 92

第三讲:malloc/free

VC6和VC10的malloc比较 96-97
Small Block Heap(SBH)初始化 98-99
SBH行为分析–内存块大小之计算 100-104
SBH行为分析–数据结构 105-107
SBH行为分析–分配之详细图解 108
SBH行为分析–分配+释放之连续动作图解 109-115
SBH检讨 116-122

第四讲:Loki::allocator

上中下三个classes分析 127
Loki::allocator行为图解 128-134
class Chunk分析 135-137
class FixedAllocator分析 138-140
Loki::allocator检讨 141

第五讲:Other Issues

GNU C++对allocators的描述 144-149
VS2013标准分配器与new_allocator 150
G4.9 标准分配器与new_allocator 151
G4.9 malloc_allocator 152
G4.9 array_allocator 153-155
G4.9 debug_allocator 156
G4.9 _pool_alloc 157-159
G4.9 bitmap_allocator 160-170
G4.9 使用G4.9分配器 171-172

-- the end