C ++堆组织 - 哪种数据结构？答案

【问题标题】：C++ heap organisation - which data structure?C ++堆组织 - 哪种数据结构？
【发布时间】：2013-02-25 04:57:10
【问题描述】：

C++ 有两种主要的内存类型：堆和栈。有了堆栈，我什么都清楚了，但是关于堆还有一个问题：

堆内存是如何组织的？我读到了heap data structure，但这似乎不适用于堆，因为在 C++ 中我可以访问堆中的任何数据，而不仅仅是最小值或最大值。

所以我的问题是：堆内存在 C++ 中是如何组织的？当我们读到“在堆上分配”我们想到了什么内存组织？

【问题讨论】：

C++ 没有“堆”或“栈”。 C++ 实现通常有一个堆和堆栈，但标准在谈论内存时甚至一次都没有使用这些术语，AFAICR。
SO 为您解答：What and where are the stack and heap?
堆是通用内存。通常操作系统会将其拆分为每个应用程序的块。你可以访问你自己块中的任何内存，但访问其他内存，你会得到一个 SEGFAULT（为了安全）。内存使用malloc 保留（很多东西在内部使用malloc，比如new），使用realloc 调整大小并使用free 释放。如果您尝试分配比您的应用程序当前可用的内存更多的内存，操作系统通常会提供更多。有时这意味着扩展到硬盘驱动器而不是 RAM（“交换文件”），但有时只是没有剩余空间。
这篇文章是关于编程数据结构的。对于动态内存区域，请参阅动态内存分配。您是否点击了该链接？
堆不同于 my 实现 heap<typename> 作为您的文章所指的数据结构。您链接中的第一句话是这样说的。

【解决方案1】：

空闲存储的一个常见（虽然肯定不是唯一的）实现是空闲内存块的链接列表（即当前未使用的块）。堆管理器通常会从操作系统分配大块内存（例如，一次 1 兆字节），然后将这些块分成几块供您的代码在使用 new 等时使用。当您使用delete 时，您退出使用的内存块将作为一个节点添加到该链表上。

对于如何使用这些空闲块有多种策略。三种常见的是最佳拟合、最差拟合和首次拟合。

在最合适的情况下，您尝试找到大小最接近所需分配的空闲块。如果它大于要求（通常在四舍五入分配大小之后），则将其分成两部分：一个返回分配，一个新的（较小的）空闲块放回列表中以满足其他分配请求。尽管这似乎是一个很好的策略，但它通常会出现问题。问题是当你找到最接近的匹配时，剩余的块通常太小而没有多大用处。在很短的时间之后，您最终会得到大量的小块可用空间，这些都对任何事情都没有好处。

最差匹配通过在空闲块中找到最差的匹配来对抗这种情况——IOW，最大的可用空间块。当它拆分该块时，剩下的将尽可能大，从而最大限度地提高它对其他分配有用的机会。

第一个拳头只是遍历空闲块列表，并且（正如您从名称中猜到的那样）使用第一个足够大以满足要求的块。

不少人还从搜索精确匹配开始，并优先使用它而不是拆分块。

不少人还为不同的分配大小保留（例如）许多单独的链表，以尽量减少对正确大小的块的搜索。

在相当多的情况下，管理器也有一些代码来遍历空闲块列表，以找到彼此相邻的任何块。如果找到它们，它将把两个小块连接成一个更大的块。有时，当您 free/delete 一个块时，这是正确的。更常见的是，它是懒惰地完成的，以避免在/如果您使用大量相同大小的块（这很常见）时加入然后重新分割块。

在处理大量相同大小的项目（尤其是小项目）时，另一种常见的可能性是块数组，其中包含一个位集来指定哪些是空闲的或正在使用的。在这种情况下，您通常会跟踪找到最后一个空闲块的位集中的索引。当需要一个块时，只需从最后一个索引向前搜索，直到找到 bitset 表示该块空闲的下一个索引。

【讨论】：

【解决方案2】：

堆有两个主要含义，两个不同的概念：

一种用于排列数据的数据结构，一棵树。
可用内存池。它通过分配/释放可用内存块来管理内存。

关于Heap in Memory Management的介绍：

堆是另一个动态内存区域，被分配/释放 malloc/free 及其变体....

【讨论】：

【解决方案3】：

这里的heap并不是指堆数据结构。该内存被称为堆内存，其中存储了全局静态变量。另外，当我们动态分配内存时，它是在堆内存中分配的。

【讨论】：

我的问题是术语“堆”背后的数据结构是什么

【解决方案4】：

当您阅读“在堆上分配”时，这通常是 C++ 的“动态存储持续时间”的特定于实现的实现。这意味着您已经使用new 分配内存，并且有一个指向它的指针，您现在必须跟踪它直到您delete（或delete[]）它。

至于它的组织方式，没有固定的方法。在某一时刻，如果内存服务，“堆”实际上是一个最小堆（按块大小组织）。不过，这是特定于实现的，不一定要那样。任何数据结构都可以，在给定的情况下，有些数据结构比其他数据结构更好。

【讨论】：