]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - libstdc++-v3/doc/html/manual/memory.html
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / libstdc++-v3 / doc / html / manual / memory.html
diff --git a/libstdc++-v3/doc/html/manual/memory.html b/libstdc++-v3/doc/html/manual/memory.html
new file mode 100644 (file)
index 0000000..47327f3
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,349 @@
+<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
+<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
+<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" /><title>Chapter 11. Memory</title><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.74.0" /><meta name="keywords" content="&#10;      ISO C++&#10;    , &#10;      library&#10;    " /><link rel="home" href="../spine.html" title="The GNU C++ Library Documentation" /><link rel="up" href="utilities.html" title="Part IV.  Utilities" /><link rel="prev" href="pairs.html" title="Chapter 10. Pairs" /><link rel="next" href="auto_ptr.html" title="auto_ptr" /></head><body><div class="navheader"><table width="100%" summary="Navigation header"><tr><th colspan="3" align="center">Chapter 11. Memory</th></tr><tr><td width="20%" align="left"><a accesskey="p" href="pairs.html">Prev</a> </td><th width="60%" align="center">Part IV. 
+  Utilities
+  
+</th><td width="20%" align="right"> <a accesskey="n" href="auto_ptr.html">Next</a></td></tr></table><hr /></div><div class="chapter" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a id="manual.util.memory"></a>Chapter 11. Memory</h2></div></div></div><div class="toc"><p><b>Table of Contents</b></p><dl><dt><span class="sect1"><a href="memory.html#manual.util.memory.allocator">Allocators</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="memory.html#allocator.req">Requirements</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="memory.html#allocator.design_issues">Design Issues</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="memory.html#allocator.impl">Implementation</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="memory.html#allocator.using">Using a Specific Allocator</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="memory.html#allocator.custom">Custom Allocators</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="memory.html#allocator.ext">Extension Allocators</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="auto_ptr.html">auto_ptr</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="auto_ptr.html#auto_ptr.limitations">Limitations</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="auto_ptr.html#auto_ptr.using">Use in Containers</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="shared_ptr.html">shared_ptr</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="shared_ptr.html#shared_ptr.req">Requirements</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="shared_ptr.html#shared_ptr.design_issues">Design Issues</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="shared_ptr.html#shared_ptr.impl">Implementation</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="shared_ptr.html#shared_ptr.using">Use</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="shared_ptr.html#shared_ptr.ack">Acknowledgments</a></span></dt></dl></dd></dl></div><p>
+    Memory contains three general areas. First, function and operator
+    calls via <code class="function">new</code> and <code class="function">delete</code>
+    operator or member function calls.  Second, allocation via
+    <code class="classname">allocator</code>. And finally, smart pointer and
+    intelligent pointer abstractions.
+  </p><div class="sect1" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a id="manual.util.memory.allocator"></a>Allocators</h2></div></div></div><p>
+ Memory management for Standard Library entities is encapsulated in a
+ class template called <code class="classname">allocator</code>. The
+ <code class="classname">allocator</code> abstraction is used throughout the
+ library in <code class="classname">string</code>, container classes,
+ algorithms, and parts of iostreams. This class, and base classes of
+ it, are the superset of available free store (“<span class="quote">heap</span>”)
+ management classes.
+</p><div class="sect2" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.req"></a>Requirements</h3></div></div></div><p>
+    The C++ standard only gives a few directives in this area:
+  </p><div class="itemizedlist"><ul type="disc"><li><p>
+       When you add elements to a container, and the container must
+       allocate more memory to hold them, the container makes the
+       request via its <span class="type">Allocator</span> template
+       parameter, which is usually aliased to
+       <span class="type">allocator_type</span>.  This includes adding chars
+       to the string class, which acts as a regular STL container in
+       this respect.
+      </p></li><li><p>
+       The default <span class="type">Allocator</span> argument of every
+       container-of-T is <code class="classname">allocator&lt;T&gt;</code>.
+       </p></li><li><p>
+       The interface of the <code class="classname">allocator&lt;T&gt;</code> class is
+         extremely simple.  It has about 20 public declarations (nested
+         typedefs, member functions, etc), but the two which concern us most
+         are:
+       </p><pre class="programlisting">
+        T*    allocate   (size_type n, const void* hint = 0);
+        void  deallocate (T* p, size_type n);
+       </pre><p>
+        The <code class="varname">n</code> arguments in both those
+        functions is a <span class="emphasis"><em>count</em></span> of the number of
+        <span class="type">T</span>'s to allocate space for, <span class="emphasis"><em>not their
+        total size</em></span>.
+        (This is a simplification; the real signatures use nested typedefs.)  
+       </p></li><li><p>
+        The storage is obtained by calling <code class="function">::operator
+        new</code>, but it is unspecified when or how
+        often this function is called.  The use of the 
+        <code class="varname">hint</code> is unspecified, but intended as an
+        aid to locality if an implementation so
+        desires. <code class="constant">[20.4.1.1]/6</code>
+       </p></li></ul></div><p> 
+     Complete details cam be found in the C++ standard, look in
+     <code class="constant">[20.4 Memory]</code>.
+   </p></div><div class="sect2" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.design_issues"></a>Design Issues</h3></div></div></div><p>
+    The easiest way of fulfilling the requirements is to call
+    <code class="function">operator new</code> each time a container needs
+    memory, and to call <code class="function">operator delete</code> each time
+    the container releases memory. This method may be <a class="ulink" href="http://gcc.gnu.org/ml/libstdc++/2001-05/msg00105.html" target="_top">slower</a>
+    than caching the allocations and re-using previously-allocated
+    memory, but has the advantage of working correctly across a wide
+    variety of hardware and operating systems, including large
+    clusters. The <code class="classname">__gnu_cxx::new_allocator</code>
+    implements the simple operator new and operator delete semantics,
+    while <code class="classname">__gnu_cxx::malloc_allocator</code>
+    implements much the same thing, only with the C language functions
+    <code class="function">std::malloc</code> and <code class="function">free</code>.
+  </p><p> 
+    Another approach is to use intelligence within the allocator
+    class to cache allocations. This extra machinery can take a variety
+    of forms: a bitmap index, an index into an exponentially increasing
+    power-of-two-sized buckets, or simpler fixed-size pooling cache.
+    The cache is shared among all the containers in the program: when
+    your program's <code class="classname">std::vector&lt;int&gt;</code> gets
+  cut in half and frees a bunch of its storage, that memory can be
+  reused by the private
+  <code class="classname">std::list&lt;WonkyWidget&gt;</code> brought in from
+  a KDE library that you linked against.  And operators
+  <code class="function">new</code> and <code class="function">delete</code> are not
+  always called to pass the memory on, either, which is a speed
+  bonus. Examples of allocators that use these techniques are
+  <code class="classname">__gnu_cxx::bitmap_allocator</code>,
+  <code class="classname">__gnu_cxx::pool_allocator</code>, and
+  <code class="classname">__gnu_cxx::__mt_alloc</code>.
+  </p><p>
+    Depending on the implementation techniques used, the underlying
+    operating system, and compilation environment, scaling caching
+    allocators can be tricky. In particular, order-of-destruction and
+    order-of-creation for memory pools may be difficult to pin down
+    with certainty, which may create problems when used with plugins
+    or loading and unloading shared objects in memory. As such, using
+    caching allocators on systems that do not support
+    <code class="function">abi::__cxa_atexit</code> is not recommended.
+  </p></div><div class="sect2" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.impl"></a>Implementation</h3></div></div></div><div class="sect3" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a id="id419128"></a>Interface Design</h4></div></div></div><p>
+     The only allocator interface that
+     is support is the standard C++ interface. As such, all STL
+     containers have been adjusted, and all external allocators have
+     been modified to support this change.   
+   </p><p> 
+     The class <code class="classname">allocator</code> just has typedef,
+   constructor, and rebind members. It inherits from one of the
+   high-speed extension allocators, covered below. Thus, all
+   allocation and deallocation depends on the base class.
+   </p><p> 
+     The base class that <code class="classname">allocator</code> is derived from
+     may not be user-configurable.
+</p></div><div class="sect3" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a id="id410525"></a>Selecting Default Allocation Policy</h4></div></div></div><p> 
+     It's difficult to pick an allocation strategy that will provide
+   maximum utility, without excessively penalizing some behavior. In
+   fact, it's difficult just deciding which typical actions to measure
+   for speed.
+   </p><p> 
+     Three synthetic benchmarks have been created that provide data
+     that is used to compare different C++ allocators. These tests are:
+   </p><div class="orderedlist"><ol type="1"><li><p>
+       Insertion. 
+       </p><p>
+       Over multiple iterations, various STL container
+     objects have elements inserted to some maximum amount. A variety
+     of allocators are tested.  
+     Test source for <a class="ulink" href="http://gcc.gnu.org/viewcvs/trunk/libstdc%2B%2B-v3/testsuite/performance/23_containers/insert/sequence.cc?view=markup" target="_top">sequence</a>
+     and <a class="ulink" href="http://gcc.gnu.org/viewcvs/trunk/libstdc%2B%2B-v3/testsuite/performance/23_containers/insert/associative.cc?view=markup" target="_top">associative</a>
+     containers.
+       </p></li><li><p>
+       Insertion and erasure in a multi-threaded environment.
+       </p><p>
+       This test shows the ability of the allocator to reclaim memory
+     on a pre-thread basis, as well as measuring thread contention
+     for memory resources. 
+     Test source 
+    <a class="ulink" href="http://gcc.gnu.org/viewcvs/trunk/libstdc%2B%2B-v3/testsuite/performance/23_containers/insert_erase/associative.cc?view=markup" target="_top">here</a>.
+       </p></li><li><p>
+        A threaded producer/consumer model.
+       </p><p>
+       Test source for
+     <a class="ulink" href="http://gcc.gnu.org/viewcvs/trunk/libstdc%2B%2B-v3/testsuite/performance/23_containers/producer_consumer/sequence.cc?view=markup" target="_top">sequence</a>
+     and 
+     <a class="ulink" href="http://gcc.gnu.org/viewcvs/trunk/libstdc%2B%2B-v3/testsuite/performance/23_containers/producer_consumer/associative.cc?view=markup" target="_top">associative</a>
+     containers.
+     </p></li></ol></div><p>
+     The current default choice for
+     <code class="classname">allocator</code> is
+     <code class="classname">__gnu_cxx::new_allocator</code>.
+   </p></div><div class="sect3" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a id="id457524"></a>Disabling Memory Caching</h4></div></div></div><p> 
+      In use, <code class="classname">allocator</code> may allocate and
+      deallocate using implementation-specified strategies and
+      heuristics. Because of this, every call to an allocator object's
+      <code class="function">allocate</code> member function may not actually
+      call the global operator new. This situation is also duplicated
+      for calls to the <code class="function">deallocate</code> member
+      function.
+    </p><p> 
+     This can be confusing. 
+   </p><p> 
+     In particular, this can make debugging memory errors more
+     difficult, especially when using third party tools like valgrind or
+     debug versions of <code class="function">new</code>.
+   </p><p> 
+     There are various ways to solve this problem. One would be to use
+     a custom allocator that just called operators
+     <code class="function">new</code> and <code class="function">delete</code>
+     directly, for every allocation. (See
+     <code class="filename">include/ext/new_allocator.h</code>, for instance.)
+     However, that option would involve changing source code to use
+     a non-default allocator. Another option is to force the
+     default allocator to remove caching and pools, and to directly
+     allocate with every call of <code class="function">allocate</code> and
+     directly deallocate with every call of
+     <code class="function">deallocate</code>, regardless of efficiency. As it
+     turns out, this last option is also available.
+   </p><p>
+     To globally disable memory caching within the library for the
+     default allocator, merely set
+     <code class="constant">GLIBCXX_FORCE_NEW</code> (with any value) in the
+     system's environment before running the program. If your program
+     crashes with <code class="constant">GLIBCXX_FORCE_NEW</code> in the
+     environment, it likely means that you linked against objects
+     built against the older library (objects which might still using the
+     cached allocations...).
+  </p></div></div><div class="sect2" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.using"></a>Using a Specific Allocator</h3></div></div></div><p>
+     You can specify different memory management schemes on a
+     per-container basis, by overriding the default
+     <span class="type">Allocator</span> template parameter.  For example, an easy
+      (but non-portable) method of specifying that only <code class="function">malloc</code> or <code class="function">free</code>
+      should be used instead of the default node allocator is:
+   </p><pre class="programlisting">
+    std::list &lt;int, __gnu_cxx::malloc_allocator&lt;int&gt; &gt;  malloc_list;</pre><p>
+      Likewise, a debugging form of whichever allocator is currently in use:
+    </p><pre class="programlisting">
+    std::deque &lt;int, __gnu_cxx::debug_allocator&lt;std::allocator&lt;int&gt; &gt; &gt;  debug_deque;
+      </pre></div><div class="sect2" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.custom"></a>Custom Allocators</h3></div></div></div><p> 
+    Writing a portable C++ allocator would dictate that the interface
+    would look much like the one specified for
+    <code class="classname">allocator</code>. Additional member functions, but
+    not subtractions, would be permissible.
+  </p><p> 
+     Probably the best place to start would be to copy one of the
+   extension allocators: say a simple one like 
+   <code class="classname">new_allocator</code>.
+   </p></div><div class="sect2" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.ext"></a>Extension Allocators</h3></div></div></div><p> 
+    Several other allocators are provided as part of this
+    implementation.  The location of the extension allocators and their
+    names have changed, but in all cases, functionality is
+    equivalent. Starting with gcc-3.4, all extension allocators are
+    standard style. Before this point, SGI style was the norm. Because of
+    this, the number of template arguments also changed. Here's a simple
+    chart to track the changes.
+  </p><p>
+    More details on each of these extension allocators follows.
+  </p><div class="orderedlist"><ol type="1"><li><p>
+       <code class="classname">new_allocator</code>
+       </p><p>
+        Simply wraps <code class="function">::operator new</code>
+        and <code class="function">::operator delete</code>.
+       </p></li><li><p>
+       <code class="classname">malloc_allocator</code>
+       </p><p>
+        Simply wraps <code class="function">malloc</code> and
+        <code class="function">free</code>. There is also a hook for an
+        out-of-memory handler (for
+        <code class="function">new</code>/<code class="function">delete</code> this is
+        taken care of elsewhere).
+       </p></li><li><p>
+       <code class="classname">array_allocator</code>
+       </p><p>
+        Allows allocations of known and fixed sizes using existing
+        global or external storage allocated via construction of
+        <code class="classname">std::tr1::array</code> objects. By using this
+        allocator, fixed size containers (including
+        <code class="classname">std::string</code>) can be used without
+        instances calling <code class="function">::operator new</code> and
+        <code class="function">::operator delete</code>. This capability
+        allows the use of STL abstractions without runtime
+        complications or overhead, even in situations such as program
+        startup. For usage examples, please consult the testsuite.
+       </p></li><li><p>
+       <code class="classname">debug_allocator</code>
+       </p><p> 
+        A wrapper around an arbitrary allocator A.  It passes on
+        slightly increased size requests to A, and uses the extra
+        memory to store size information.  When a pointer is passed
+        to <code class="function">deallocate()</code>, the stored size is
+        checked, and <code class="function">assert()</code> is used to
+        guarantee they match.
+       </p></li><li><p>
+       <code class="classname">throw_allocator</code>
+       </p><p> 
+         Includes memory tracking and marking abilities as well as hooks for
+         throwing exceptions at configurable intervals (including random,
+         all, none). 
+       </p></li><li><p>
+       <code class="classname">__pool_alloc</code>
+       </p><p> 
+        A high-performance, single pool allocator.  The reusable
+        memory is shared among identical instantiations of this type.
+        It calls through <code class="function">::operator new</code> to
+        obtain new memory when its lists run out.  If a client
+        container requests a block larger than a certain threshold
+        size, then the pool is bypassed, and the allocate/deallocate
+        request is passed to <code class="function">::operator new</code>
+        directly.
+       </p><p> 
+        Older versions of this class take a boolean template
+        parameter, called <code class="varname">thr</code>, and an integer template
+        parameter, called <code class="varname">inst</code>.
+       </p><p>
+        The <code class="varname">inst</code> number is used to track additional memory
+      pools.  The point of the number is to allow multiple
+      instantiations of the classes without changing the semantics at
+      all.  All three of
+       </p><pre class="programlisting">
+    typedef  __pool_alloc&lt;true,0&gt;    normal;
+    typedef  __pool_alloc&lt;true,1&gt;    private;
+    typedef  __pool_alloc&lt;true,42&gt;   also_private;
+   </pre><p>
+     behave exactly the same way.  However, the memory pool for each type
+      (and remember that different instantiations result in different types)
+      remains separate.
+   </p><p>
+     The library uses <span class="emphasis"><em>0</em></span> in all its instantiations.  If you
+      wish to keep separate free lists for a particular purpose, use a
+      different number.
+   </p><p>The <code class="varname">thr</code> boolean determines whether the
+   pool should be manipulated atomically or not.  When
+   <code class="varname">thr</code> = <code class="constant">true</code>, the allocator
+   is is thread-safe, while <code class="varname">thr</code> =
+   <code class="constant">false</code>, and is slightly faster but unsafe for
+   multiple threads.
+   </p><p>
+     For thread-enabled configurations, the pool is locked with a
+     single big lock. In some situations, this implementation detail
+     may result in severe performance degradation.
+   </p><p>
+     (Note that the GCC thread abstraction layer allows us to provide
+     safe zero-overhead stubs for the threading routines, if threads
+     were disabled at configuration time.)
+   </p></li><li><p>
+       <code class="classname">__mt_alloc</code>
+       </p><p>
+        A high-performance fixed-size allocator with
+        exponentially-increasing allocations. It has its own
+        documentation, found <a class="link" href="ext_allocators.html#manual.ext.allocator.mt" title="mt_allocator">here</a>.
+       </p></li><li><p>
+       <code class="classname">bitmap_allocator</code>
+       </p><p>
+        A high-performance allocator that uses a bit-map to keep track
+        of the used and unused memory locations. It has its own
+        documentation, found <a class="link" href="bitmap_allocator.html" title="bitmap_allocator">here</a>.
+       </p></li></ol></div></div><div class="bibliography"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a id="allocator.biblio"></a>Bibliography</h3></div></div></div><div class="biblioentry"><a id="id455580"></a><p><span class="title"><i>
+    ISO/IEC 14882:1998 Programming languages - C++  
+    </i>. </span>
+      isoc++_1998
+    <span class="pagenums">20.4 Memory. </span></p></div><div class="biblioentry"><a id="id408540"></a><p><span class="title"><i>The Standard Librarian: What Are Allocators Good
+    </i>. </span>
+      austernm
+    <span class="author"><span class="firstname">Matt</span> <span class="surname">Austern</span>. </span><span class="publisher"><span class="publishername">
+       C/C++ Users Journal     
+      . </span></span><span class="biblioid">
+      <a class="ulink" href="http://www.cuj.com/documents/s=8000/cujcexp1812austern/" target="_top">
+      </a>
+    . </span></p></div><div class="biblioentry"><a id="id411757"></a><p><span class="title"><i>The Hoard Memory Allocator</i>. </span>
+      emeryb
+    <span class="author"><span class="firstname">Emery</span> <span class="surname">Berger</span>. </span><span class="biblioid">
+      <a class="ulink" href="http://www.cs.umass.edu/~emery/hoard/" target="_top">
+      </a>
+    . </span></p></div><div class="biblioentry"><a id="id392744"></a><p><span class="title"><i>Reconsidering Custom Memory Allocation</i>. </span>
+      bergerzorn
+    <span class="author"><span class="firstname">Emery</span> <span class="surname">Berger</span>. </span><span class="author"><span class="firstname">Ben</span> <span class="surname">Zorn</span>. </span><span class="author"><span class="firstname">Kathryn</span> <span class="surname">McKinley</span>. </span><span class="copyright">Copyright © 2002 OOPSLA. </span><span class="biblioid">
+      <a class="ulink" href="http://www.cs.umass.edu/~emery/pubs/berger-oopsla2002.pdf" target="_top">
+      </a>
+    . </span></p></div><div class="biblioentry"><a id="id422908"></a><p><span class="title"><i>Allocator Types</i>. </span>
+      kreftlanger
+    <span class="author"><span class="firstname">Klaus</span> <span class="surname">Kreft</span>. </span><span class="author"><span class="firstname">Angelika</span> <span class="surname">Langer</span>. </span><span class="publisher"><span class="publishername">
+       C/C++ Users Journal     
+      . </span></span><span class="biblioid">
+      <a class="ulink" href="http://www.langer.camelot.de/Articles/C++Report/Allocators/Allocators.html" target="_top">
+      </a>
+    . </span></p></div><div class="biblioentry"><a id="id395999"></a><p><span class="title"><i>The C++ Programming Language</i>. </span>
+      tcpl
+    <span class="author"><span class="firstname">Bjarne</span> <span class="surname">Stroustrup</span>. </span><span class="copyright">Copyright © 2000 . </span><span class="pagenums">19.4 Allocators. </span><span class="publisher"><span class="publishername">
+       Addison Wesley
+      . </span></span></p></div><div class="biblioentry"><a id="id398620"></a><p><span class="title"><i>Yalloc: A Recycling C++ Allocator</i>. </span>
+      yenf
+    <span class="author"><span class="firstname">Felix</span> <span class="surname">Yen</span>. </span><span class="copyright">Copyright ©  . </span><span class="biblioid">
+      <a class="ulink" href="http://home.earthlink.net/~brimar/yalloc/" target="_top">
+      </a>
+    . </span></p></div></div></div></div><div class="navfooter"><hr /><table width="100%" summary="Navigation footer"><tr><td width="40%" align="left"><a accesskey="p" href="pairs.html">Prev</a> </td><td width="20%" align="center"><a accesskey="u" href="utilities.html">Up</a></td><td width="40%" align="right"> <a accesskey="n" href="auto_ptr.html">Next</a></td></tr><tr><td width="40%" align="left" valign="top">Chapter 10. Pairs </td><td width="20%" align="center"><a accesskey="h" href="../spine.html">Home</a></td><td width="40%" align="right" valign="top"> auto_ptr</td></tr></table></div></body></html>