堆内存管理详解：从堆块到低碎片堆（LFH）

堆内存管理详解：从堆块到低碎片堆（LFH）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_44531336/article/details/125196022

堆内存管理是计算机系统中的一个重要概念，对于理解程序运行机制和优化内存使用具有重要意义。本文将从堆块、堆管理器函数、CRT分配函数、内存分配与释放机制以及低碎片堆（LFH）等方面，深入探讨Windows系统下的堆内存管理机制。

1. 堆块

堆块是堆内存管理中的基本单位。当我们调用malloc或new分配内存时，操作系统会自动分配一个堆块，并将可操作部分（即用户数据区）的首地址返回给我们。堆块的分配和释放涉及到堆的内存分割和合并等操作。

2. 堆管理器中的相关函数

堆管理器提供了HeapAlloc和HeapFree函数用于分配和释放堆内存。HeapAlloc函数的声明如下：

DECLSPEC_ALLOCATOR LPVOID HeapAlloc(
  [in] HANDLE hHeap,			// 一个堆的内存句柄
  [in] DWORD  dwFlags,		
  [in] SIZE_T dwBytes			// 需要的内存块的字节数
);

调用成功时，返回指向所分配堆块中用户可以使用的区域的指针。实际上，HeapAlloc函数是RtlAllocateHeap函数的简单包装。

3. CRT分配函数

编译器的运行时库在初始化阶段会创建CRT堆，这个堆主要用于支持malloc和new等内存分配函数。在VS2010编译器的Release版本中，malloc和new最终都会调用HeapAlloc函数。

4. 分配和释放简单总结

• new/delete是一对，malloc/free是一对，HeapAlloc/HeapFree是一对。
• 调用顺序：new/delete -> malloc/free -> HeapAlloc/HeapFree -> RtlAllocateHeap/RtlFreeHeap。
• 在Release版本中，new/delete通常直接被编译为跳转指令；在Debug版本中，会加入很多内存检查功能。
• free和delete释放的堆上内存不一定归还给系统，需要满足特定条件才会调用NtFreeVitrualMemory函数释放堆内存给系统。

5. 扩展：低碎片堆（LFH）

堆碎片化问题可以通过低碎片堆（LFH）来解决。LFH通过桶（buckets）来管理分配的堆块，将已分配的内存块映射为事先确定了不同大小范围的桶。LFH将可用空间划分成128个桶，每个桶的空间依次递增。

6. 参考资料

• 《软件调试》第二版，卷2的第23章
• 《Windows高级调试》，第6章
• 《深入解析Windows操作系统》第七版，第五章
• 《Windows编程调试技术内幕》