C++ Programmer's Cookbook

Wi n d o w s提供了3種進行內存管理的方法，它們是：
• 虛擬內存，最適合用來管理大型對象或結構數組。

• 內存映射文件，最適合用來管理大型數據流（通常來自文件）以及在單個計算機上運行的多個進程之間共享數據。

• 內存堆棧，最適合用來管理大量的小對象。

虛擬內存的狀態
Wi n d o w s函數G l o b a l M e m o r y S t a t u s可用于檢索關于當前內存狀態的動態信息：
VOID GlobalMemoryStatus(LPMEMORYSTATUS pmst);
如果希望應用程序在內存大于4 G B的計算機上運行，或者合計交換文件的大小大于4 G B，那么可以使用新的G l o b a l M e m o r y S t a t u s E x函數：
BOOL GlobalMemoryStatusEx(LPMEMORYSTATUSEX pmst);

確定地址空間的狀態
Wi n d o w s提供了一個函數，可以用來查詢地址空間中內存地址的某些信息（如大小，存儲器類型和保護屬性等）。
這個函數稱為Vi r t u a l Q u e r y：
DWORD VirtualQuery(
   LPCVOID pvAddress,
   PMEMORY_BASIC_INFORMATION pmbi,
   DWORD dwLength);
Wi n d o w s還提供了另一個函數，它使一個進程能夠查詢另一個進程的內存信息：
DWORD VirtualQueryEx(
   HANDLE hProcess,
   LPCVOID pvAddress,
   PMEMORY_BASIC_INFORMATION pmbi,
   DWORD dwLength);
這兩個函數基本相同，差別在于使用Vi r t u a l Q u e r y E x時，可以傳遞你想要查詢的地址空間信息的進程的句柄。調試程序和其他實用程序使用這個函數最多，幾乎所有的應用程序都只需要調用Vi r t u a l Q u e r y函數。
為了獲得完整的內存信息，我創建了一個函數，即V M Q u e r y：
BOOL VMQuery(
   HANDLE hProcess,
   PVOID pvAddress,
   PVMQUERY pVMQ);
系統信息

許多操作系統的值是根據主機而定的，比如頁面的大小，分配粒度的大小等。這些值決不應該用硬編碼的形式放入你的源代碼。相反，你始終都應該在進程初始化的時候檢索這些值，并在你的源代碼中使用檢索到的值。G e t S y s t e m I n f o函數將用于檢索與主機相關的值：

 

VOID GetSystemInfo(LPSYSTEM_INFO psinf);

必須傳遞S Y S T E M _ I N F O結構的地址給這個函數。這個函數將初始化所有的結構成員然后返回。下面是S Y S T E M _ I N F O數據結構的樣子。

typedef  struct  _SYSTEM_INFO
{
   union
    {
      DWORD dwOemId;   // Obsolete, do not use
       struct  
       {
         WORD wProcessorArchitecture;
         WORD wReserved;
      } ;
   } ;
   DWORD     dwPageSize;
   LPVOID    lpMinimumApplicationAddress;
   LPVOID    lpMaximumApplicationAddress;
   DWORD_PTR dwActiveProcessorMask;
   DWORD     dwNumberOfProcessors;
   DWORD     dwProcessorType;
   DWORD     dwAllocationGranularity;
   WORD      wProcessorLevel;
   WORD      wProcessorRevision;
}  SYSTEM_INFO,  * LPSYSTEM_INFO;

當系統引導時，它要確定這些成員的值是什么。對于任何既定的系統來說，這些值總是相同的，因此決不需要為任何既定的進程多次調用該函數。

表14-1 與內存有關的成員函數

該結構的其他成員與內存管理毫無關系，為了完整起見，下面也對它們進行了介紹（見表1 4 - 2）。

表14-2 與內存無關的成員函數

通過調用Vi r t u a l A l l o c函數，可以在進程的地址空間中保留一個區域：

PVOID VirtualAlloc(
PVOID pvAddress,
SIZE_T dwSize,
DWORD fdwAllocationType,
DWORD fdwProtect);

Vi r t u a l A l l o c函數的第二個參數是d w S i z e，用于設定想保留的區域的大小（以字節為計量單位）。由于系統保留的區域始終必須是C P U頁面大小的倍數，因此，如果試圖保留一個跨越6 2 K B的區域，結果就會在使用4 KB、8 KB或16 KB頁面的計算機上產生一個跨越6 4 K B的區域。

當保留一個區域后，必須將物理存儲器提交給該區域，然后才能訪問該區域中包含的內存地址。系統從它的頁文件中將已提交的物理存儲器分配給一個區域。物理存儲器總是按頁面邊界和頁面大小的塊來提交的。

若要提交物理存儲器，必須再次調用Vi r t u a l A l l o c函數。不過這次為f d w A l l o c a t i o n Ty p e參數傳遞的是M E M _ C O M M I T標志，而不是M E M _ R E S E RV E標志。傳遞的頁面保護屬性通常與調用Vi r t u a l A l l o c來保留區域時使用的保護屬性相同（大多數情況下是PA G E _ R E A D W R I T E），不過也可以設定一個不同的保護屬性。

在已保留的區域中，你必須告訴Vi r t u a l A l l o c函數，你想將物理存儲器提交到何處，以及要提交多少物理存儲器。為了做到這一點，可以在p v A d d r e s s參數中設定你需要的內存地址，并在d w S i z e參數中設定物理存儲器的數量（以字節為計量單位）。注意，不必立即將物理存儲器提交給整個區域。
同時進行區域的保留和內存的提交

有時你可能想要在保留區域的同時，將物理存儲器提交給它。只需要一次調用Vi r t u a l A l l o c函數就能進行這樣的操作，如下所示：

PVOID pvMem  =  VirtualAlloc(NULL,  99   *   1024 ,   MEM_RESERVE  |  MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);

這個函數調用請求保留一個99 KB的區域，并且將99 KB的物理存儲器提交給它。當系統處理這個函數調用時，它首先要搜索你的進程的地址空間，找出未保留的地址空間中一個地址連續的區域，它必須足夠大，能夠存放100 KB（在4 KB頁面的計算機上）或104 KB（在8 KB頁面的計算機上）。

系統之所以要搜索地址空間，原因是已將p v A d d r e s s參數設定為N U L L。如果為p v A d d r e s s設定了內存地址，系統就要查看在該內存地址上是否存在足夠大的未保留地址空間。如果系統找不到足夠大的未保留地址空間，Vi r t u a l A l l o c將返回N U L L，

如果能夠保留一個合適的區域，系統就將物理存儲器提交給整個區域。無論是該區域還是提交的內存，都將被賦予PA G E _ R E A D W R I T E保護屬性。

最后需要說明的是，Vi r t u a l A l l o c將返回保留區域和提交區域的虛擬地址，然后該虛擬地址被保存在p v M e m變量中。如果系統無法找到足夠大的地址空間，或者不能提交該物理存儲器，Vi r t u a l A l l o c將返回N U L L。
回收虛擬內存和釋放地址空間區域

若要回收映射到一個區域的物理存儲器，或者釋放這個地址空間區域，可調用Vi r t u a l F r e e函數：

BOOL VirtualFree(
LPVOID pvAddress,
SIZE_T dwSize,
DWORD fdwFreeType);

改變保護屬性

雖然實踐中很少這樣做，但是可以改變已經提交的物理存儲器的一個或多個頁面的保護屬性。

若要改變內存頁面的保護屬性，可以調用Vi r t u a l P r o t e c t函數：

    BOOL VirtualProtect(
   PVOID pvAddress,
   SIZE_T dwSize,
   DWORD flNewProtect,
   PDWORD pflOldProtect);

當然，保護屬性是與內存的整個頁面相關聯的，而不是賦予內存的各個字節的。因此，如果要使用下面的代碼來調用4 KB 頁面的計算機上的Vi r t u a l P r o t e c t函數，其結果是把PA G E _ N O A C C E S S保護屬性賦予內存的兩個頁面：

VirtualProtect(pvRgnBase + (3 * 1024), 2 * 1024,
PAGE_NOACCESS, &flOldProtect);

清除物理存儲器的內容

為了說明內存的內容已經被清除，我們必須對系統的R A M提出大量的使用需求。若要進行這項操作，可以分3步來進行：

1) 調用G l o b a l M e m o r y S t a t u s函數，獲取計算機中R A M的總容量。

2) 調用Vi r t u a l A l l o c函數，提交該數量的內存。這項操作的運行速度非常快，因為在進程試圖訪問頁面之前，系統實際上并不為該內存分配R A M。

3) 調用Z e r o M e m o r y函數，使新提交的頁面可以被訪問。這將給系統的R A M帶來沉重的負擔，導致當前正在R A M中的某些頁面被寫入頁文件。

如果用戶指明該數據將在以后被訪問，那么該數據將不被清除，并且在以后訪問該數據時將數據轉入R A M。但是，如果用戶指明以后將不再訪問該數據，那么數據將被清除，并且系統不把數據寫入頁文件，這樣就可以提高應用程序的運行性能。