Question

让我们将这个C ++代码视为一个粗略的例子。

int *A = new int [5];
int *B = new int [5];
int *C = new int [5];
delete []A;
delete []C;
int *D = new int [10];

显然，任何机器都可以处理这种情况，而不会出现缓冲区溢出或内存泄漏问题。但是，让我们想象长度乘以一百万甚至更大的数字。据我所知，所有数组元素的地址（至少是虚拟地址）都是连续的。因此，每当我创建一个数组时，我可以确定它们是虚拟内存中的连续块，如果我有指向第一个元素的指针，我可以执行指针运算来访问第n个元素。我的问题在下图中说明（为简单起见，忽略表示数组末尾的寄存器）。

在堆中分配A，B，C之后，我们释放A和C并获得两个长度为5的空闲内存块（用绿点标记）。当我想分配一个长度为10的数组时会发生什么？我认为有3种可能的情况。

如果没有连续的10长度内存块，我将得到bad_alloc异常。
程序会自动将数组B重新分配到堆的开头，并将剩余的未使用内存连接在一起。
数组D将被分成两部分并且不连续存储，导致数组的第n个元素没有恒定的访问时间（如果有超过2个分裂，它开始类似于链表而不是一个数组）。

其中哪一个是最可能的答案，还是有其他可能的情况我没有考虑到？

Answer 1

你问的问题叫做堆碎片，这是一个真正的难题。

由于没有连续的10长度内存块，我将得到bad_alloc异常。

这是理论。但这种情况实际上只能在32位进程中实现; 64位地址空间很大。

也就是说，使用64位进程，堆碎片更有可能阻止您的new实现重用某些内存，这会导致内存不足，因为它需要询问内核对于整个D数组而不是其中一半的新内存。此外，当您尝试访问D中的某个位置而不是new抛出异常时，这样的OOM条件更有可能导致您的进程被OOM杀手攻击，因为内核我们不会意识到它已经过度使用了它的记忆。有关更多信息，请谷歌“内存过量使用”。

程序会自动将数组B重新分配到堆的开头，并将剩余的未使用内存连接在一起。

不，它不能。您使用的是C ++，并且您的运行时不知道您可能存储指向B的指针的位置，因此它会冒失去需要修改的指针的危险，或者冒着修改某些不需要的指针的危险指向B的指针，但恰好具有相同的位模式。

数组D将被分成两部分并且不连续存储导致数组的第n个元素不能持续访问时间（如果有超过2个分裂，它开始类似于链表而不是数组）

这也是不可能的，因为C ++保证了数组的连续存储（允许通过指针算法实现数组访问）。

Answer 2

由于没有连续的10长度内存块，我将得到bad_alloc异常。

这可能发生。

程序会自动将数组B重新分配到堆的开头，并将剩余的未使用内存连接在一起。

这不可能发生。在C ++中无法将对象移动到其他地址，因为它会使现有指针无效。

数组D将被分成两部分并且不连续存储导致数组的第n个元素不能持续访问时间（如果有超过2个分裂，它开始类似于链表而不是数组）

这也不可能发生。在C ++中，数组元素是连续存储的，因此可以进行指针运算。

但实际上有更多的可能性。要理解它们，我们必须考虑到内存可以是虚拟的这一事实。除其他外，这意味着可用地址空间可能大于物理存在的存储器的数量。可以为可用地址空间中的任何地址分配一块物理内存。

例如，考虑一台在64位CPU上运行64位操作系统的8GB（2 ^ 33字节）内存的计算机。分配给该程序的地址不会低于8GB;它可以在地址0x00000000ffff0000接收一兆字节的内存，在地址0x0000ffffffff0000接收另一兆字节的内存。分配给程序的内存总量不能超过2 ^ 33个字节，但每个块可以位于2 ^ 64空间中的任何位置。（实际上这有点复杂，但与我描述的相似）。

在你的照片中，你有15个代表大块记忆的小方块。让我们说它是物理记忆。虚拟内存是15,000个小方块，在任何给定时间你都可以使用任何 15。

因此，考虑到这一事实，以下情况也是可能的。

一个虚拟地址空间块被提供给没有真实物理内存支持的程序。当程序尝试访问此空间时，操作系统将尝试分配物理内存并将其映射到相应的地址，以便程序可以继续。如果此尝试失败，则程序可能被OS杀死。新的可用内存现在可供其他可能需要它的程序使用。
将两个短内存块映射到新的虚拟地址，使得它们在虚拟内存空间中形成一个长的连续块。请记住，通常存在比物理内存更多的虚拟内存地址，并且通常很容易找到未分配的范围。通常情况下，只有当所讨论的内存块很大时才会实现此方案。

C ++不连续地分配数组

2 个答案: