時(shí)間的痕跡

摘要： 本文主要對(duì)Windows內(nèi)存管理中的堆管理技術(shù)進(jìn)行討論，并簡要介紹了堆的創(chuàng)建、內(nèi)存塊的分配與再分配、堆的撤銷以及new和delete操作符的使用等內(nèi)容。

　　關(guān)鍵詞： 堆；堆管理
　　1 引言

　　在大多數(shù)Windows應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，都幾乎不可避免的要對(duì)內(nèi)存進(jìn)行操作和管理。在進(jìn)行大尺寸內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配時(shí)尤其顯的重要。本文即主要對(duì)內(nèi)存管理中的堆管理技術(shù)進(jìn)行論述。

　　堆（Heap）實(shí)際是位于保留的虛擬地址空間中的一個(gè)區(qū)域。剛開始時(shí)，保留區(qū)域中的多數(shù)頁面并沒有被提交物理存儲(chǔ)器。隨著從堆中越來越多的進(jìn)行內(nèi)存分配，堆管理器將逐漸把更多的物理存儲(chǔ)器提交給堆。堆的物理存儲(chǔ)器從系統(tǒng)頁文件中分配，在釋放時(shí)有專門的堆管理器負(fù)責(zé)對(duì)已占用物理存儲(chǔ)器的回收。堆管理也是Windows提供的一種內(nèi)存管理機(jī)制。主要用來分配小的數(shù)據(jù)塊。與Windows的其他兩種內(nèi)存管理機(jī)制虛擬內(nèi)存和內(nèi)存映射文件相比，堆可以不必考慮諸如系統(tǒng)的分配粒度和頁面邊界之類比較煩瑣而又容易忽視的問題，可將注意力集中于對(duì)程序功能代碼的設(shè)計(jì)上。但是使用堆去分配、釋放內(nèi)存的速度要比其他兩種機(jī)制慢的多，而且不具備直接控制物理存儲(chǔ)器提交與回收的能力。

　　在進(jìn)程剛啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)便在剛創(chuàng)建的進(jìn)程虛擬地址空間中創(chuàng)建了一個(gè)堆，該堆即為進(jìn)程的默認(rèn)堆，缺省大小為1MB，該值允許在鏈接程序時(shí)被更改。進(jìn)程的默認(rèn)堆是比較重要的，可供眾多Windows函數(shù)使用。在使用時(shí)，系統(tǒng)必須保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，每此只有一個(gè)線程能夠分配和釋放默認(rèn)堆中的內(nèi)存塊。雖然這種限制將會(huì)對(duì)訪問速度產(chǎn)生一定的影響，但卻可以保證進(jìn)程中的多個(gè)線程在同時(shí)調(diào)用各種Windows函數(shù)時(shí)對(duì)默認(rèn)堆的順序訪問。在進(jìn)程中允許使用多個(gè)堆，進(jìn)程中包括默認(rèn)堆在內(nèi)的每個(gè)堆都有一個(gè)堆句柄來標(biāo)識(shí)。與自己創(chuàng)建的堆不同，進(jìn)程默認(rèn)堆的創(chuàng)建、銷毀均由系統(tǒng)來完成，而且其生命期早在進(jìn)程開始執(zhí)行之前就已經(jīng)開始，雖然在程序中可以通過GetProcessHeap（）函數(shù)得到進(jìn)程的默認(rèn)堆句柄，但卻不允許調(diào)用HeapDestroy（）函數(shù)顯式將其撤消。

　　2 對(duì)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建堆的需求

　　前面曾提到，在進(jìn)程中除了進(jìn)程默認(rèn)堆外，還可以在進(jìn)程虛擬地址空間中動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一些獨(dú)立的堆。至于在程序設(shè)計(jì)時(shí)究竟需不需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建獨(dú)立的堆可以從是否有保護(hù)組件的需要、是否能更加有效地對(duì)內(nèi)存進(jìn)行管理、是否有進(jìn)行本地訪問的需要、是否有減少線程同步開銷的需要以及是否有迅速釋放堆的需要等幾個(gè)方面去考慮。

　　對(duì)于是否有保護(hù)組件的需要這一原則比較容易理解。在圖1中，左邊的圖表示了一個(gè)鏈表（節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)）組件和一個(gè)樹（分支結(jié)構(gòu)）組件共同使用一個(gè)堆的情況。在這種情況下，由于兩組件數(shù)據(jù)在堆中的混合存放，如果節(jié)點(diǎn)3（屬于鏈表組件）的后幾個(gè)字節(jié)由于被錯(cuò)誤改寫，將有可能影響到位于其后的分支2（屬于樹組件）。這將致使樹組件的相關(guān)代碼在遍歷其樹時(shí)由于內(nèi)存被破壞而無法進(jìn)行。究其原因，樹組件的內(nèi)存是由于鏈表組建對(duì)其自身的錯(cuò)誤操作而引起的。如果采用右圖所示方式，將樹組件和鏈表組件分別存放于一個(gè)獨(dú)立的堆中，上述情況顯然不會(huì)發(fā)生，錯(cuò)誤將被局限于進(jìn)行了錯(cuò)誤操作的鏈表組件，而樹組件由于存放在獨(dú)立的堆中而受到了保護(hù)。


圖1 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建堆在保護(hù)組件中的作用

　　在上圖中，如果鏈表組件的每個(gè)節(jié)點(diǎn)占用12個(gè)字節(jié)，每個(gè)樹組件的分支占用16個(gè)字節(jié)如果這些長度不一的對(duì)象共用一個(gè)堆（左圖），在左圖中這些已經(jīng)分配了內(nèi)存的對(duì)象已占滿了堆，如果其中有節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)4釋放，將會(huì)產(chǎn)生24個(gè)字節(jié)的碎片，如果試圖在24個(gè)字節(jié)的空閑區(qū)間內(nèi)分配一個(gè)16字節(jié)的分支對(duì)象，盡管要分配的字節(jié)數(shù)小于空閑字節(jié)數(shù)，但分配仍將失敗。只有在堆棧中分配大小相同的對(duì)象才可以實(shí)行更加有效的內(nèi)存管理。如果將樹組件換成其他長度為12字節(jié)的組件，那么在釋放一個(gè)對(duì)象后，另一個(gè)對(duì)象就可以恰好填充到此剛釋放的對(duì)象空間中。

　　進(jìn)行本地訪問的需要也是一條比較重要的原則。系統(tǒng)會(huì)經(jīng)常在內(nèi)存與系統(tǒng)頁文件之間進(jìn)行頁面交換，但如果交換次數(shù)過多，系統(tǒng)的運(yùn)行性能就將受很大的影響。因此在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免系統(tǒng)頻繁交換頁面，如果將那些會(huì)被同時(shí)訪問到的數(shù)據(jù)分配在相互靠近的位置上，將會(huì)減少系統(tǒng)在內(nèi)存和頁文件之間的頁面交換頻率。

　　線程同步開銷指的是默認(rèn)條件下以順序方式運(yùn)行的堆為保護(hù)數(shù)據(jù)在多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問時(shí)不受破壞而必須執(zhí)行額外代碼所花費(fèi)的開銷。這種開銷保證了堆對(duì)線程的安全性，因此是有必要的，但對(duì)于大量的堆分配操作，這種額外的開銷將成為一個(gè)負(fù)擔(dān)，并降低程序的運(yùn)行性能。為避免這種額外的開銷，可以在創(chuàng)建新堆時(shí)通知系統(tǒng)只有單個(gè)線程對(duì)訪問。此時(shí)堆對(duì)線程的安全性將有應(yīng)用程序來負(fù)責(zé)。

　　最后如果有迅速釋放堆的需要，可將專用堆用于某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以整個(gè)堆去釋放，而不再顯式地釋放在堆中分配的每一個(gè)內(nèi)存塊。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序，這樣的處理將能以更快的速度運(yùn)行。



　　3 創(chuàng)建堆

　　在進(jìn)程中，如果需要可以在原有默認(rèn)堆的基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)堆，可由HeapCreate（）函數(shù)完成：

HANDLE HeapCreate( 　DWORD flOptions, 　DWORD dwInitialSize, 　DWORD dwMaximumSize );

　　其第一個(gè)參數(shù)flOptions指定了對(duì)新建堆的操作屬性。該標(biāo)志將會(huì)影響一些堆函數(shù)如HeapAlloc（）、HeapFree（）、HeapReAlloc（）和HeapSize（）等對(duì)新建堆的訪問。其可能的取值為下列標(biāo)志及其組合：

屬性標(biāo)志	說明
HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS	在遇到由于內(nèi)存越界等而引起的函數(shù)失敗時(shí)，由系統(tǒng)拋出一個(gè)異常來指出此失敗，而不是簡單的返回NULL指針。
HEAP_NO_SERIALIZE	指明互斥現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)

　　參數(shù)dwInitialSize和dwMaximumSize分別為堆的初始大小和堆棧的最大尺寸。其中，dwInitialSize的值決定了最初提交給堆的字節(jié)數(shù)。如果設(shè)置的數(shù)值不是頁面大小的整數(shù)倍，則將被圓整到鄰近的頁邊界處。而dwMaximumSize則實(shí)際上是系統(tǒng)能為堆保留的地址空間區(qū)域的最大字節(jié)數(shù)。如果該值為0，那么將創(chuàng)建一個(gè)可擴(kuò)展的堆，堆的大小僅受可用內(nèi)存的限制。如果應(yīng)用程序需要分配大的內(nèi)存塊，通常要將該參數(shù)設(shè)置為0。如果dwMaximumSize大于0，則該值限定了堆所能創(chuàng)建的最大值，HeapCreate（）同樣也要將該值圓整到鄰近的頁邊界，然后再在進(jìn)程的虛擬地址空間為堆保留該大小的一塊區(qū)域。在這種堆中分配的內(nèi)存塊大小不能超過0x7FFF8字節(jié)，任何試圖分配更大內(nèi)存塊的行為將會(huì)失敗，即使是設(shè)置的堆大小足以容納該內(nèi)存塊。如果HeapCreate（）成功執(zhí)行，將會(huì)返回一個(gè)標(biāo)識(shí)新堆的句柄，并可供其他堆函數(shù)使用。

　　需要特別說明的是，在設(shè)置第一個(gè)參數(shù)時(shí)，對(duì)HEAP_NO_SERIALIZE的標(biāo)志的使用要謹(jǐn)慎，一般應(yīng)避免使用該標(biāo)志。這是同后續(xù)將要進(jìn)行的堆函數(shù)HeapAlloc（）的執(zhí)行過程有關(guān)系的，在HeapAlloc（）試圖從堆中分配一個(gè)內(nèi)存塊時(shí)，將執(zhí)行下述幾步操作：

　　1） 遍歷分配的和釋放的內(nèi)存塊的鏈接表

　　2） 搜尋一個(gè)空閑內(nèi)存塊的地址

　　3） 通過將空閑內(nèi)存塊標(biāo)記為"已分配"來分配新內(nèi)存塊

　　4） 將新分配的內(nèi)存塊添加到內(nèi)存塊列表

　　如果這時(shí)有兩個(gè)線程1、2試圖同時(shí)從一個(gè)堆中分配內(nèi)存塊，那么線程1在執(zhí)行了上面的1和2步后將得到空間內(nèi)存塊的地址。但是由于CPU對(duì)線程運(yùn)行時(shí)間的分片，使得線程1在執(zhí)行第3步操作前有可能被線程2搶走執(zhí)行權(quán)并有機(jī)會(huì)去執(zhí)行同樣的1、2步操作，而且由于先執(zhí)行的線程1并沒有執(zhí)行到第3步，因此線程2會(huì)搜尋到同一個(gè)空閑內(nèi)存塊的地址，并將其標(biāo)記為已分配。而線程1在恢復(fù)運(yùn)行后并不能知曉該內(nèi)存塊已被線程2標(biāo)記過，因此會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)線程軍認(rèn)為其分配的是空閑的內(nèi)存塊，并更新各自的聯(lián)接表。顯然，象這種兩個(gè)線程擁有完全相同內(nèi)存塊地址的錯(cuò)誤是非常嚴(yán)重而又是難以發(fā)現(xiàn)的。

　　由于只有在多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行操作時(shí)才有可能出現(xiàn)上述問題，一種簡單的解決的辦法就是不使用HEAP_NO_SERIALIZE標(biāo)志而只允許單個(gè)線程獨(dú)占地對(duì)堆及其聯(lián)接表擁有訪問權(quán)。如果一定要使用此標(biāo)志，為了安全起見，必須確保進(jìn)程為單線程的或是在進(jìn)程中使用了多線程，但只有單個(gè)線程對(duì)堆進(jìn)行訪問。再就是使用了多線程，也有多個(gè)線程對(duì)堆進(jìn)行了訪問，但這些線程通過使用某種線程同步手段。如果可以確保以上幾條中的一條成立，也是可以安全使用HEAP_NO_SERIALIZE標(biāo)志的，而且還將擁有快的訪問速度。如果不能肯定上述條件是否滿足，建議不使用此標(biāo)志而以順序的方式訪問堆，雖然線程速度會(huì)因此而下降但卻可以確保堆及其中數(shù)據(jù)的不被破壞。

　　4 從堆中分配內(nèi)存塊

　　在成功創(chuàng)建一個(gè)堆后，可以調(diào)用HeapAlloc（）函數(shù)從堆中分配內(nèi)存塊。在此，除了可以從用HeapCreate（）創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)堆中分配內(nèi)存塊，也可以直接從進(jìn)程的默認(rèn)堆中分配內(nèi)存塊。下面先給出HeapCreate（）的函數(shù)原型：

LPVOID HeapAlloc( 　HANDLE hHeap, 　DWORD dwFlags, 　DWORD dwBytes );

　　其中，參數(shù)hHeap為要分配的內(nèi)存塊來自的堆的句柄，可以是從HeapCreate（）創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)堆句柄也可以是由GetProcessHeap（）得到的默認(rèn)堆句柄。參數(shù)dwFlags指定了影響堆分配的各個(gè)標(biāo)志。該標(biāo)志將覆蓋在調(diào)用HeapCreate（）時(shí)所指定的相應(yīng)標(biāo)志，可能的取值為：

標(biāo)志	說明
HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS	該標(biāo)志指定在進(jìn)行諸如內(nèi)存越界操作等情況時(shí)將拋出一個(gè)異常而不是簡單的返回NULL指針
HEAP_NO_SERIALIZE	強(qiáng)制對(duì)HeapAlloc（）的調(diào)用將與訪問同一個(gè)堆的其他線程不按照順序進(jìn)行
HEAP_ZERO_MEMORY	如果使用了該標(biāo)志，新分配內(nèi)存的內(nèi)容將被初始化為0

　　最后一個(gè)參數(shù)dwBytes設(shè)定了要從堆中分配的內(nèi)存塊的大小。如果HeapAlloc（）執(zhí)行成功，將會(huì)返回從堆中分配的內(nèi)存塊的地址。如果由于內(nèi)存不足或是其他一些原因而引起HeapAlloc（）函數(shù)的執(zhí)行失敗，將會(huì)引發(fā)異常。通過異常標(biāo)志可以得到引起內(nèi)存分配失敗的原因：如果為STATUS_NO_MEMORY則表明是由于內(nèi)存不足引起的；如果是STATUS_ACCESS_VIOLATION則表示是由于堆被破壞或函數(shù)參數(shù)不正確而引起分配內(nèi)存塊的嘗試失敗。以上異常只有在指定了HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS標(biāo)志時(shí)才會(huì)發(fā)生，如果沒有指定此標(biāo)志，在出現(xiàn)類似錯(cuò)誤時(shí)HeapAlloc（）函數(shù)只是簡單的返回NULL指針。

　　在設(shè)置dwFlags參數(shù)時(shí)，如果先前用HeapCreate（）創(chuàng)建堆時(shí)曾指定過HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS標(biāo)志，就不必再去設(shè)置HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS標(biāo)志了，因?yàn)镠EAP_GENERATE_EXCEPTIONS標(biāo)志已經(jīng)通知堆在不能分配內(nèi)存塊時(shí)將會(huì)引發(fā)異常。另外，對(duì)HEAP_NO_SERIALIZE標(biāo)志的設(shè)置應(yīng)慎重，與在HeapCreate（）函數(shù)中使用HEAP_NO_SERIALIZE標(biāo)志類似，如果在同一時(shí)間有其他線程使用同一個(gè)堆，那么該堆將會(huì)被破壞。如果是在進(jìn)程默認(rèn)堆中進(jìn)行內(nèi)存塊的分配則要絕對(duì)禁用此標(biāo)志。

　　在使用堆函數(shù)HeapAlloc（）時(shí)要注意：堆在內(nèi)存管理中的使用主要是用來分配一些較小的數(shù)據(jù)塊，如果要分配的內(nèi)存塊在1MB左右，那么就不要再使用堆來管理內(nèi)存了，而應(yīng)選擇虛擬內(nèi)存的內(nèi)存管理機(jī)制。


　　5 再分配內(nèi)存塊

　　在程序設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)由于開始時(shí)預(yù)見不足而造成在堆中分配的內(nèi)存塊大小的不合適（多數(shù)情況是開始時(shí)分配的內(nèi)存較小，而后來實(shí)際需要更多的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)存塊中去）這就需要在分配了內(nèi)存塊后再根據(jù)需要調(diào)整其大小。堆函數(shù)HeapReAlloc（）將完成這一功能，其函數(shù)原型為：

LPVOID HeapReAlloc( 　HANDLE hHeap, 　DWORD dwFlags, 　LPVOID lpMem, 　DWORD dwBytes );

　　其中，參數(shù)hHeap為包含要調(diào)整其大小的內(nèi)存塊的堆的句柄。dwFlags參數(shù)指定了在更改內(nèi)存塊大小時(shí)HeapReAlloc（）函數(shù)所使用的標(biāo)志。其可能的取值為HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS、HEAP_NO_SERIALIZE、HEAP_REALLOC_IN_PLACE_ONLY和HEAP_ZERO_MEMORY，其中前兩個(gè)標(biāo)志的作用與在HeapAlloc（）中的作用相同。HEAP_REALLOC_IN_PLACE_ONLY標(biāo)志在內(nèi)存塊被加大時(shí)不移動(dòng)堆中的內(nèi)存塊，在沒有設(shè)置此標(biāo)志的情況下如果對(duì)內(nèi)存進(jìn)行增大，那么HeapReAlloc（）函數(shù)將有可能將原內(nèi)存塊移動(dòng)到一個(gè)新的地址。顯然，在設(shè)置了該標(biāo)志禁止內(nèi)存快首地址進(jìn)行調(diào)整時(shí)，將有可能出現(xiàn)沒有足夠的內(nèi)存供試圖增大的內(nèi)存塊使用，對(duì)于這種情況，函數(shù)對(duì)內(nèi)存塊增大調(diào)整的操作是失敗的，內(nèi)存塊將仍保留原有的大小和位置。HEAP_ZERO_MEMORY標(biāo)志的用處則略有不同，如果內(nèi)存快經(jīng)過調(diào)整比以前大，那么新增加的那部分內(nèi)存將被初始化為0；如果經(jīng)過調(diào)整內(nèi)存塊縮小了，那么該標(biāo)志將不起任何作用。

　　函數(shù)的最后兩個(gè)參數(shù)lpMem和dwBytes分別為指向再分配內(nèi)存塊的指針和再分配的字節(jié)數(shù)。如果函數(shù)成功執(zhí)行，將返回新的改變了大小的內(nèi)存塊的地址。如果在調(diào)用時(shí)使用了HEAP_REALLOC_IN_PLACE_ONLY標(biāo)志，那么返回的地址將與原內(nèi)存塊地址相同。如果因?yàn)閮?nèi)存不足等原因而引起函數(shù)的執(zhí)行失敗，函數(shù)將返回一個(gè)NULL指針。但是HeapReAlloc（）的執(zhí)行失敗并不會(huì)影響原內(nèi)存塊，它將保持原來的大小和位置繼續(xù)存在。可以通過HeapSize（）函數(shù)來檢索內(nèi)存塊的實(shí)際大小。

　　6 釋放堆內(nèi)存、撤消堆

　　在不再需要使用堆中的內(nèi)存塊時(shí)，可以通過HeapFree（）將其予以釋放。該函數(shù)結(jié)構(gòu)比較簡單，只含有三個(gè)參數(shù)：

BOOL HeapFree( 　HANDLE hHeap, 　DWORD dwFlags, 　LPVOID lpMem );

　　其中，hHeap為要包含要釋放內(nèi)存塊的堆的句柄；參數(shù)dwFlags為堆棧的釋放選項(xiàng)可以是0，也可以是HEAP_NO_SERIALIZE；最后的參數(shù)lpMem為指向內(nèi)存塊的指針。如果函數(shù)成功執(zhí)行，將釋放指定的內(nèi)存塊，并返回TRUE。該函數(shù)的主要作用是可以用來幫助堆管理器回收某些不使用的物理存儲(chǔ)器以騰出更多的空閑空間，但是并不能保證一定會(huì)成功。

　　最后，在程序退出前或是應(yīng)用程序不再需要其創(chuàng)建的堆了，可以調(diào)用HeapDestory（）函數(shù)將其銷毀。該函數(shù)只包含一個(gè)參數(shù)--待銷毀的堆的句柄。HeapDestory（）的成功執(zhí)行將可以釋放堆中包含的所有內(nèi)存塊，也可將堆占用的物理存儲(chǔ)器和保留的地址空間區(qū)域全部重新返回給系統(tǒng)并返回TRUE。該函數(shù)只對(duì)由HeapCreate（）顯式創(chuàng)建的堆起作用，而不能銷毀進(jìn)程的默認(rèn)堆，如果強(qiáng)行將由GetProcessHeap（）得到的默認(rèn)堆的句柄作為參數(shù)去調(diào)用HeapDestory（），系統(tǒng)將會(huì)忽略對(duì)該函數(shù)的調(diào)用。


　　7 對(duì)new與delete操作符的重載

　　new與delete內(nèi)存空間動(dòng)態(tài)分配操作符是C++中使用堆進(jìn)行內(nèi)存管理的一種常用方式，在程序運(yùn)行過程中可以根據(jù)需要隨時(shí)通過這兩個(gè)操作符建立或刪除堆對(duì)象。new操作符將在堆中分配一個(gè)足夠大小的內(nèi)存塊以存放指定類型的對(duì)象，如果每次構(gòu)造的對(duì)象類型不同，則需要按最大對(duì)象所占用的空間來進(jìn)行分配。new操作符在成功執(zhí)行后將返回一個(gè)類型與new所分配對(duì)象相匹配的指針，如果不匹配則要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，否則將會(huì)編譯出錯(cuò)。在不再需要這個(gè)對(duì)象的時(shí)候，必須顯式調(diào)用delete操作符來釋放此空間。這一點(diǎn)是非常重要的，如果在預(yù)分配的緩沖里構(gòu)造另一個(gè)對(duì)象之前或者在釋放緩沖之前沒有顯式調(diào)用delete操作符，那么程序將產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。在使用delete操作符時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　1） 它必須使用于由運(yùn)算符new返回的指針

　　2） 該操作符也適用于NULL指針

　　3） 指針名前只用一對(duì)方括號(hào)符，并且不管所刪除數(shù)組的維數(shù)，忽略方括號(hào)內(nèi)的任何數(shù)字

class CVMShow{ 　private: 　　static HANDLE m_sHeap; 　　static int m_sAllocedInHeap; 　public: 　　LPVOID operator new(size_t size); 　　void operator delete(LPVOID pVoid); } …… HANDLE m_sHeap = NULL; int m_sAllocedInHeap = 0; LPVOID CVMShow::operator new(size_t size) { 　if (m_sHeap == NULL) 　　m_sHeap = HeapCreate(HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS, 0, 0); 　　LPVOID pVoid = HeapAlloc(m_sHeap, 0, size); 　　if (pVoid == NULL) 　　　return NULL; 　　　m_sAllocedInHeap++; 　　return pVoid; } void CVMShow::operator delete(LPVOID pVoid) { 　if (HeapFree(m_sHeap, 0, pVoid)) 　　m_sAllocedInHeap--; 　　if (m_sAllocedInHeap == 0) 　　{ 　　　if (HeapDestory(m_sHeap)) 　　　　m_sHeap = NULL; 　　} }

　　在程序中除了直接用上述方法使用new和delete來建立和刪除堆對(duì)象外，還可以通過為C++類重載new和delete操作符來方便地利用堆棧函數(shù)。上面的代碼對(duì)它們進(jìn)行了簡單的重載，并通過靜態(tài)變量m_sHeap和m_sAllocedInHeap在類CVMShow的所有實(shí)例間共享唯一的堆句柄（因?yàn)樵谶@里CVMShow類的所有實(shí)例都是在同一個(gè)堆中進(jìn)行內(nèi)存分配的）和已分配類對(duì)象的計(jì)數(shù)。這兩個(gè)靜態(tài)變量在代碼開始執(zhí)行時(shí)被分別初始化為NULL指針和0計(jì)數(shù)。

　　重載的new操作符在第一次被調(diào)用時(shí)，由于靜態(tài)變量m_sHeap為NULL標(biāo)志著堆尚未創(chuàng)建，就通過HeapCreate（）函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)堆并返回堆句柄到m_sHeap。隨后根據(jù)入口參數(shù)size所指定的大小在堆中分配內(nèi)存，同時(shí)已分配內(nèi)存塊計(jì)數(shù)器m_sAllocedInHeap累加。在該操作符的以后調(diào)用過程中，由于堆已經(jīng)創(chuàng)建，故不再創(chuàng)建堆，而是直接在堆中分配指定大小的內(nèi)存塊并對(duì)已分配的內(nèi)存塊個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

　　在CVMShow類對(duì)象不再被應(yīng)用程序所使用時(shí)，需要將其撤消，由重載的delete操作符完成此工作。delete操作符只接受一個(gè)LPVOID型參數(shù)，即被刪除對(duì)象的地址。該函數(shù)在執(zhí)行時(shí)首先調(diào)用HeapFree（）函數(shù)將指定的已分配內(nèi)存的對(duì)象釋放并對(duì)已分配內(nèi)存計(jì)數(shù)遞減1。如果該計(jì)數(shù)不為零則表明當(dāng)前堆中的內(nèi)存塊沒有全部釋放，堆暫時(shí)不予撤消。如果m_sAllocedInHeap計(jì)數(shù)減到0，則堆中已釋放完所有的CVMShow對(duì)象，可以調(diào)用HeapDestory（）函數(shù)將堆銷毀，并將堆句柄m_sHeap設(shè)置為NULL指針。這里在撤消堆后將堆句柄設(shè)置為NULL指針的操作是完全必要的。如果不執(zhí)行該操作，當(dāng)程序再次調(diào)用new操作符去分配一個(gè)CVMShow類對(duì)象時(shí)將會(huì)認(rèn)為堆是存在的而會(huì)試圖在已撤消的堆中去分配內(nèi)存，顯然將會(huì)導(dǎo)致失敗。

　　象CVMShow這樣設(shè)計(jì)的類通過對(duì)new和delete操作符的重載，并且在一個(gè)堆中為所有的CVMShow類對(duì)象進(jìn)行分配，可以節(jié)省在為每一個(gè)類都創(chuàng)建堆的分配開銷與內(nèi)存。這樣的處理還可以讓每一個(gè)類都擁有屬于自己的堆，并且允許派生類對(duì)其共享，這在程序設(shè)計(jì)中也是比較好的一種處理方法。

　　8 小結(jié)

　　在使用堆時(shí)有時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行速度的減慢，通常是由以下原因造成的：分配操作造成的速度減慢；釋放操作造成的速度減慢；堆競爭造成的速度減慢；堆破壞造成的速度減慢；頻繁的分配和重分配造成的速度減慢等。其中，競爭是在分配和釋放操作中導(dǎo)致速度減慢的問題。基于上述原因，建議不要在程序中過于頻繁的使用堆。文中所述代碼均在Windows 2000 Professional下由Microsoft Visual C++ 6.0編譯通過。