什么是内存碎片？

我听说过在 C++ 动态内存分配上下文中多次使用过“内存碎片”这个术语。我发现了一些关于如何处理内存碎片的问题，但找不到处理它本身的直接问题。所以：

• 什么是内存碎片？
• 如何判断内存碎片是否是我的应用程序的问题？什么样的程序最有可能受到影响？
• 处理内存碎片的常用方法有哪些？

Also:

• 我听说大量使用动态分配会增加内存碎片。这是真的？在 C++ 上下文中，我了解所有标准容器（std::string、std::vector 等）都使用动态内存分配。如果在整个程序中使用这些（尤其是 std::string），内存碎片是否更有可能成为问题？
• 如何在 STL 密集型应用程序中处理内存碎片？

想象一下，您有一个“大”（32 字节）的可用内存：

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|                                |
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现在，分配其中的一些（5 次分配）：

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|aaaabbccccccddeeee              |
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现在，释放前四个分配，但不释放第五个：

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|              eeee              |
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现在，尝试分配 16 个字节。哎呀，我不能，尽管有几乎两倍的免费空间。

在具有虚拟内存的系统上，碎片问题比您想象的要小，因为大型分配只需要在内存中连续即可。virtual地址空间，不在physical地址空间。因此，在我的示例中，如果我的虚拟内存页面大小为 2 字节，那么我可以毫无问题地分配 16 字节。物理内存看起来像这样：

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|ffffffffffffffeeeeff            |
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而虚拟内存（更大）可能如下所示：

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|              eeeeffffffffffffffff                   
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内存碎片的典型症状是，您尝试分配一个大块，但无法分配，即使您似乎有足够的可用内存。另一个可能的结果是进程无法将内存释放回操作系统（因为它从操作系统分配的每个大块，对于malloc等等来细分，其中还剩下一些东西，即使每个块的大部分现在都未使用）。

C++ 中防止内存碎片的策略是根据对象的大小和/或预期寿命从不同区域分配对象。因此，如果您要创建大量对象并稍后将它们全部销毁，请从内存池中分配它们。您在它们之间进行的任何其他分配都不会来自池，因此不会位于内存中的它们之间，因此内存不会因此而产生碎片。或者，如果您要分配大量相同大小的对象，则从同一个池中分配它们。那么池中的一段可用空间永远不会小于您尝试从该池分配的大小。

一般来说，您不需要太担心，除非您的程序长时间运行并且进行大量分配和释放。当你同时拥有短寿命和长寿命的对象时，你面临的风险最大，但即便如此malloc将尽力提供帮助。基本上，忽略它，直到您的程序分配失败或意外导致系统内存不足（在测试中捕获此问题，以供优先选择！）。

标准库并不比任何分配内存的东西差，标准容器都有一个Alloc如果绝对必要，您可以使用模板参数来微调其分配策略。