重载 new 和删除 C++用于跟踪内存分配

Question

我需要帮助来理解下面截取的代码...allocate 是一个由重载的 new 运算符调用来分配内存的函数。我在尝试理解以下强制转换时遇到问题：

*static_cast<std::size_t*>(mem) = pAmount; //please explain?

return static_cast<char*>(mem) + sizeof(std::size_t); //? 

并且..

// get original block
void* mem = static_cast<char*>(pMemory) - sizeof(std::size_t); //?

代码如下所示：

const std::size_t allocation_limit = 1073741824; // 1G
    std::size_t totalAllocation = 0;

    void* allocate(std::size_t pAmount)
    {
        // make sure we're within bounds
        assert(totalAllocation + pAmount < allocation_limit);

        // over allocate to store size
        void* mem = std::malloc(pAmount + sizeof(std::size_t));
        if (!mem)
            return 0;

        // track amount, return remainder
        totalAllocation += pAmount;
        *static_cast<std::size_t*>(mem) = pAmount;

        return static_cast<char*>(mem) + sizeof(std::size_t);
    }

    void deallocate(void* pMemory)
    {
        // get original block
        void* mem = static_cast<char*>(pMemory) - sizeof(std::size_t);

        // track amount
        std::size_t amount = *static_cast<std::size_t*>(mem);
        totalAllocation -= pAmount;

        // free
        std::free(mem);
    }

Answer 1

分配器通过将分配的大小与其提供给客户端代码的块一起保存来跟踪分配的大小。当请求 pAmount 字节块时，它会在开头分配一个额外的 sizeof(size_t) 字节并将大小存储在那里。为了达到这个大小，它将从 malloc 获取的 mem 指针解释为 size_t* 并取消引用 (*static_cast) std::size_t*>(mem) = pAmount;)。然后它返回块的其余部分，从 mem + sizeof(size_t) 开始，因为这是客户端可以使用的部分。

释放时，它必须将从 malloc 获得的确切指针传递给 free。为了获取此指针，它减去在 allocate 成员函数中添加的 sizeof(size_t) 字节。

在这两种情况下，都需要强制转换为 char*，因为 void 指针上不允许进行指针算术。

Answer 2

void* allocate(std::size_t pAmount)

分配 pAmount 内存加上存储大小的空间

|-size-|---- pAmount of memory-----|

   ^
   |

“分配”将返回刚刚粘贴大小字段的指针。

void deallocate(void* pMemory)

会将指针移回到开头

|-size-|---- pAmount of memory-----|

^
|

并释放它。

1.)

std::size_t mySize = 0;

void * men = & mySize;

// same as: mySize = 42;
*static_cast<std::size_t*>(mem) = 42;

std::cout << mySize;
// prints "42"

2.)

`return static_cast<char*>(mem) + sizeof(std::size_t);
// casts void pointer mem to a char* so that you can do pointer arithmetic.
// same as

char *myPointer = (char*)mem;

// increment myPointer by the size of size_t
return myPointer + sizeof(std::size_t);

3.)

`void* mem = static_cast<char*>(pMemory) - sizeof(std::size_t);`
// mem points size of size_t before pMemory

Answer 3

为了知道删除内存时要清理多少内存（并提供一些诊断），分配器将大小存储在额外分配的内存中。

*static_cast(mem) = pAmount; //请解释一下？

这将获取分配的内存并将分配的字节数存储到该位置。出于存储目的，转换将原始内存视为 size_t。

返回 static_cast(mem) +
sizeof(std::size_t); //?

这将向前移动超过 size 字节到应用程序将使用的实际内存并返回该指针。

无效*内存=
static_cast(pMemory) -
sizeof(std::size_t); //?

这是将之前返回给用户的块前进回之前存储大小的“真实”分配块。需要进行检查并回收内存。

Answer 4

由于 void* 不是具有大小的类型，因此需要进行强制转换才能获得正确的偏移量。

当你写

return static_cast(mem) + sizeof(std::size_t);

时在添加偏移字节之前，指针被转换为 char*。

解除分配时同上减去。