C++ 内存分配器答案

【问题标题】：C++ Memory AllocatorC++ 内存分配器
【发布时间】：2020-05-12 13:12:51
【问题描述】：

我试图弄清楚如何创建一个链接到单字节数组的链表。所以我放入字节数组的每个元素都可以是 enqued() 和 dequeued()。但是，我需要弄清楚如何使用指针偏移和链表来做到这一点。

我的问题是：如何从指针的开头获得设定量的偏移量？例如，假设我的列表的开头是一个指针。我将首先检查该空间是否为空，如果不是，则获取列表中的下一个值。如何从当前指针位置偏移并获得一个新的指针位置，该位置基本上只是另一个指针的偏移量，向前或向后，向上或向下，向左和向右，正负。

有人问了一个例子：

byte myData[1024];

我必须将我的所有数据存储到此。这是课堂作业。本质上，我必须使用这个数组来存储我的所有数据，并且基本上创建一个队列，就像标准的 c++ 队列一样。我必须创建 Enqueue() 和 Dequeue() 函数，然后为每个函数动态分配内存。我对自己在做什么有一个大致的了解。我一直试图弄清楚如何获取当前位置的指针，然后将其设置为新位置，然后将其作为列表中的“下一个”。

【问题讨论】：

什么是单字节数组？你的意思是char singlebytearray[1];？ 请在您的问题中提供一些minimal reproducible example，以便edit。 参考this C++ website 或n3337 C++ 标准。
还要解释为什么你被禁止使用标准C++ containers，并解释你的目标架构是什么。假设的i286 或Arduino 与RISC-V（或IBM Z mainframze 完全不同，您可以找到两者的C++ 编译器（例如GCC...）
Basile，我添加了更多信息。我不知道这是否有帮助。
您应该阅读诸如Introduction to algorithms 和一些C++ programming 之类的书。还要阅读一些textbook on operating systems，当然还要阅读n3337 C++ 标准。回答您的问题需要一本完整的书，我们没有时间专门为您写一本。
链表还是数组表？你提到了两者，但它们是非常不同的东西。要回答您的评论，只需添加或减去指针。当指针存在时，应该已经涵盖了这一点。我认为问题在于，当您只需要指针运算时，您会抛出许多非常复杂的概念（分配器、内存偏移）。

标签： c++ memory memory-management

【解决方案1】：

听起来你真正想要的是指针运算。很简单。

std::int32_t foo[] = {42, 350};
std::int32_t* intPtr = &foo;  // We'll say foo is at address 0x005

++intPtr;  // Or intPtr += 1, either way the value of intPtr is now 0x009
           // *intPtr would now give you 350.
           // Your program knows the type being pointed to, and bumps up the address
           // accordingly. In this case a 4-byte integer

在 C 数组上进行指针运算时，重要的是要进行检查以防止您超出任一侧的范围。但是，我什至不认为指针算术是必要的。如果您要私下存储数组，只需使用索引访问并跟踪列表结束的索引会简单得多。您仍然需要进行检查，但它们的检查更容易。

您也说链表，但描述的是数组列表。它们是两种截然不同的数据结构。如果您编写一个单独的数组列表类，并在队列中存储一个数组列表对象或原始数组，您的队列将更容易编写。

【讨论】：

【解决方案2】：

如何从指针开始处获得设定量的偏移量？

阅读 C++11 标准 n3337 了解 pointer 算法。注意 C++ 中的 existence of offsetof。

如果您有两个包含有效地址的short*ptr1; 和short*ptr2; 指针，您可以编码ptr1 - ptr2 或ptr1 + 5 或ptr2 - 3（但禁止使用ptr1+ptr2）。 C++11 标准解释了何时有效（有时无效，例如当 ptr2 是 nullptr 时）。另请注意，通常&ptr1[3] 与ptr1+3 相同，而ptr2[-1] 恰好是*(ptr2-1)（在有意义的情况下）。

当心你的代码中的undefined behavior，例如buffer overflows（如果你不小心进行指针运算，你就会有一个：当心segmentation faults）。

address sanitizers、调试器（如GDB）、valgrind 等工具应该有助于理解代码的行为。

不要忘记在 C++ 编译器中启用警告和调试信息。一旦您的 C++ 代码在没有警告的情况下编译，请阅读 how to debug small programs。使用GCC，编译使用g++ -Wall -Wextra -g。请注意，GCC 10 添加了一些static analysis abilities。您可以使用Clang static analyzer 或Frama-C（或开发自己的GCC plugin）。

linked list wikipage 有一个不错的图。 tries 上的维基页面也可以为您提供帮助。

我建议阅读一个好的C++ programming book，然后阅读一些introduction to algorithms。

在 github 或其他地方，您可以找到大量与您的问题相关的 C++ 代码示例（其术语会让非英语母语人士感到困惑）。

关于记忆形状分析的学术论文（例如this one 或that one）包含可以提高您的理解的图表。 Books 或 web resources about garbage collection 也是相关的。

【讨论】：