C++内存管理机制——malloc_free
VC6 VS VC10
VC6内存分配
下面的图片展示了VC6内存分配的调用栈，操作系统会调用mainCRTStartup()做一些准备工作，然后才会调用程序编写者的main()函数。在_heap_alloc_base()函数中，如果申请的内存大小小于_shb_threshold，则会通过_sbh_alloc_block(size)申请内存，否则通过操作系统的HeapAlloc()申请内存。
SBH: Small Block Heap
VC10内存分配
VC10则无论什么大小，都通过系统的HeapAlloc()来申请内存。这是否意味着VC6的设计没有意义了呢？并不是，只是这些操作由操作系统来完成了。
SBH之始——_heap_init()和_sbh_heap_init()
_heap_init()是crt的第一个动作，它会通过HeapCreate()向操作系统申请一块大内存，接着，调用_sbh_heap_init()进行初始化，从之前分配的_crtheap中申请16个HEADER大小的内存空间。
VC6内存管理
_ioinit()
_malloc_crt()
_ioinit()内部调用_malloc_crt(IOINFO_ARRAY_ELTS * sizeof(ioinfo))分配内存。如果当前不是_DEBUG模式，则_malloc_crt就对应malloc，否则对应_malloc_dbg。申请的这块内存大小为32*8=256（IOINFO_ARRAY_ELTS是32，ioinfo结构体本身是6，但会被对齐到8），在16进制时表示为100。
_heap_alloc_dbg()
_heap_alloc_dbg()则会在分配内存的基础上添加debug信息构建内存块，内存块的结构如下图所示。每个内存块的大小为sizeof(_CrtMemBlockHeader)+nSize+nNoMansLandSize。header部分是_CrtMemBlockHeader，包含指向上一个内存块和下一个内存块的指针，调用方的文件名，调用的代码行、申请的内存大小等debug信息。nSize是申请的内存大小，即上一小节提到的256。申请内存区域上下被无人区nNoMansLandSize包围，无人区写入的内容是固定的，用于判断是否越界。
_heap_alloc_base()
这里会对申请内存大小做一次判断，如果小于等于__sbh_threshold，则调用_sbh_alloc_block(size)分配内存。否则，通过操作系统的HeapAlloc()申请内存。__sbh_threshold的值为1016，因为此时的size还不是完整内存块的大小，后续还会加上cookie，而我们知道cookie的大小为8。
__sbh_alloc_block()
到这个阶段，才开始为内存块加上cookie，并通过BYTES_PER_PARA做16字节的对齐。
__sbh_alloc_new_region()
一个header将会申请真正的内存，并在将来分割出去。分割出来的块有大有小，为了对其做管理。会new出来一块region，region中有32个group，每个group是大小为64的双向链表。BITVEC是unsigned integer，region中有32组bitvGroup，一组是64位（32+32）。
__shb_alloc_new_group()
对于申请到的1MB的大内存块，将其分为32个group，每个group大小为1024/32=32K。每个group还可以细分为8块，每块大小为4k，称之为page。单个page中用两块存放内容为0xfffffff的内存标记包含的区域，图中4080是两块0xffffffff中间的区域大小，而两块0xffffffff是8个字节，4096-8=4088，为了做16个字节的对齐，将其中8位留作保留位，剩下的4080供使用。
当前阶段是初始化阶段，8个page是直接由group链表中的最后一组来管理的，这组链表用来管理超过1k的内存。
切割
_ioinit()申请了256（16进制表示为100）字节的内存，加上debug信息和cookie，共计130字节。crt会根据需求申请对应的内存块，并向其中写入debug信息，其中00000002是nBlockUse的值，表示这是_CRT_BLOCK，main函数结束前应检查_NORMAL_BLOCK是否还有使用的，而不是所有BLOCK。系统会返回实际可填充的fill 0xcd的地址给调用方。
SBH行为分析
首次分配
首次分配是为_ioinit()进行分配，申请的内存大小为100h，加上debug信息和cookie后，共计130h，130h在header中对应编号为18的链表（链表对应的内存块大小为19*16=304，(304+15)/16-1=18）。最开始初始化的时候，已经有16个HEADER了，编号为0的HEADER会开始处理，使用p=VirtualAlloc(0, 1Mb, MEM_RESERVE,...)申请1Mb的内存，这里的内存是虚拟内存，0表示不指定位置，MEM_RESERVE表示保留地址空间。接着，使用HeapAlloc(crtheap, sizeof(REGION))分配Region所需的内存，包括其管理的Group。Group0指向一个大小为64的链表，然后从1Mb的预备内存中获取32k的内存，其中有8个page。用指针将page串起来，用Group0管理链表的最后一对指针进行管理（前面提到过page大小超过1k，使用最后一堆指针进行管理）。这32k的内存是通过VirtualAlloc(addr, 32Kb, MEM_COMMIT,...)获取的，其中MEM_COMMIT表示真的分配物理内存。接下来在page1中为调用方分配内存，并返回可填充的地址。Region中的bitvGroup共有32组，对应着Group中的64个链表，哪一条链表有区块哪一条对应的bit就被置为1，因此只有最后一位bit被置为1。因为Group0当前正在被使用，因此indGroupUse值为0。
第2次及第3次，分配
第二次分配是为_crtGetEnvironmentStringA分配内存，该内存的大小由设置的环境变量决定，图中示例为加上debug等信息后240。240h=256*2+4*16=576，(576+15)/16-1=35，因此去bitvGroup中查询第35号链表是否已经分配了。没有分配，能够找到最近的已经分配的是最后一个链表，因此去最后一个链表中分配内存。
第15次，释放
假设第15次进行释放操作，此时会先归还_crtGetEnvironmentStringA得到的240h的内存，因为这个节点已经处理完环境变量了，在没有执行main()之前就会归还这部分内存。
240h/10h结果是十进位的36，因此会归还到编号为35的链表。内存两端的0x00000241会被修改为0x00000240，表示这块内存已经被free了。并将内存块从数据转变成嵌入式指针，由35号链表进行管理，35号链表对应的bit位被置为1。 前14次都是分配，cntEntries值为14，此时也要减1变成13。
第16次，分配
第16次，申请b0大小的内存。向右找到最近的已分配内存的链表——35号链表，为其分配内存，240h的内存还剩190h为空闲，190h/10h=25，因此应当放到编号为24的链表中管理。
第n次，分配
Group0内存使用情况用02000014 00000000表示。申请230h的内存，如恰好存在可以分配的链表则标志位应为00000000 20000000，因此Group0无法满足要求。开始使用Group1，indGroupUse值变更为1。
图中
00000000 20000000中每个数字由4个二进制位组成，8个0就是4*8=32，2为0010，因此00000000 20000000就对应34号链表。
区块合并
下图展示了区块合并的过程，当前计划回收灰色的区块，其内存大小为300h。在将其回收时，free(ptr)中ptr应当指向的是可填充位置的首地址，可以通过读其上4个字节的cookie获取到这块内存的大小，然后加上内存大小跳转到下一块内存的cookie，检查下一块内存是否为空，如果是则将两块内存合并，直到下一个块内存不为空。接着，检查其上方的内存，如果为空则合并，直至不为空。将合并后的内存交由对应的链表进行管理。
free(p)
SBH会维护一个__sbh_pHeaderList指向Header表格，而通过单个header可以找到对应的1Mb内存，可以直接计算地址是否在该内存中，通过这种方式我们可以定位到p在哪个Header内。至于Group，则通过(p-Header)/32Kb定位。定位所在的free_list则是通过读cookie知道自身内存大小，然后计算应该位于哪块free_list。
总结
为什么要把内存分成这么多段，并且用
group进行管理？
如果只用一个group进行管理，则切割成大大小小的块之后，则回收时需要全部为空才能回收，减小粒度之后更容易回收。如何判断全回收
通过cntEntries记录malloc和free的次数，malloc之后就加1，free之后就减1，这样就无需遍历链表，实现快速判断是否需要全回收。
为什么8个
Page都为空之后不进行合并再回收？
因为SBH不是立即回收，它会保留一段时间，等到下次全回收的时候再回收，这样可以减少向系统申请内存的开销。维持原有的链表结构，可以更快的利用内存。如何延缓全回收的动作？
在__sbh_heap_init()时将__sbh_pHeaderScan值置为NULL了，该指针指向一个全回收Group所属的Header，这个Group原本应该被释放，但暂时保留了。当有第二个全回收的Group时，才释放这个Defer Group，将新出现的全回收Group设为Defer。如果尚未出现第二个全回收而又从Defer Group中取出block完成分配，则Defer指针会被置为NULL，即该Group会再次投入使用，不会被全回收。__sbh_indGroupDefer是索引，指出Region中哪个Group是Defer。
