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问题：
我们在写程序的时候经常发现程序使用的内存往往比我们申请的多，为了优化程序的内存占用，搅尽脑汁想要优化内存占用，可是发现自己的代码也无从优化了，怎么办？现在我们把我们的焦点放到malloc上，毕竟我们向系统申请的内存都是通过它完成了，不了解他，也就不能彻底的优化内存占用。
来个小例子 //g++ -o malloc_addr_vec mallc_addr_vec.cpp 编译
#include
using namespace std; int main(int argc, char *argv[]) { int malloc_size = atoi(argv[1]); char * malloc_char; for (size_t i = 0; i <>1024*1024; ++i) { malloc_char = new char[malloc_size]; } while (1) {}//此时查看内存占用 return 0; }
本文的测试环境为Linux 64Bit ,使用G++编译为可执行文件后，使用不同的启动参数启动，使用top命令查看程序占用的内存，这里我们主要是看RES指标
RES -- Resident size (kb)
The non-swapped physical memory a task has used.
测试案例：
1、每次new 1 Byte Do 1024*1024次
./malloc_addr_vec 1
启动程序后的内存占用
内存消耗 32MB
2、每次new 24 Byte Do 1024*1024次
./malloc_addr_vec 24
启动程序后的内存占用
内存消耗32MB
3、每次new 25 Byte Do 1024*1024次
/malloc_addr_vec 25
启动程序后的内存占用
内存消耗48MB
为什么我们每次new 1Byte 和每次 new 24Byte系统消耗的内存一样呢？，为什么每次new 25Byte和 每次new 24Byte占用的内存完全不同呢？
不知道大家在写程序的时候有没有关注过这个问题。我一次遇到时，吐槽一句：What the fuck malloc.
原因分析：
在大多数情况下，编译器和C库透明地帮你处理对齐问题。POSIX 标明了通过malloc( ), calloc( ), 和 realloc( ) 返回的地址对于任何的C类型来说都是对齐的。
对齐参数（MALLOC_ALIGNMENT） 大小的设定并需满足两个特性
1、必须是2的幂 2、必须是(void *)的整数倍
至于为什么会要求是(void *)的整数倍，这个目前我还不太清楚，等你来发现...
根据这个原理，在32位和64位的对齐单位分别为8字节和16字节
但是这并解释不了上面的测试结果，这是因为系统malloc分配的最小单位（MINSIZE）并不是对齐单位
为了进一步了解细节，从GNU网站中把glibc源码下载下来，查看其 malloc.c文件
#ifndef INTERNAL_SIZE_T
#define INTERNAL_SIZE_T size_t
#endif
#define SIZE_SZ (sizeof(INTERNAL_SIZE_T))
#ifndef MALLOC_ALIGNMENT
#define MALLOC_ALIGNMENT (2 * SIZE_SZ)
#endif
struct malloc_chunk { INTERNAL_SIZE_T prev_size; /* Size of previous chunk (if free). */ INTERNAL_SIZE_T size; /* Size in bytes, including overhead. */ struct malloc_chunk* fd; /* double links -- used only if free. */ struct malloc_chunk* bk; }; An allocated chunk looks like this: chunk-> +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Size of previous chunk, if allocated | | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Size of chunk, in bytes |M|P| mem-> +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | User data starts here... . . . . (malloc_usable_size() bytes) . . | nextchunk-> +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Size of chunk | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
#define MALLOC_ALIGN_MASK (MALLOC_ALIGNMENT - 1)
#define MIN_CHUNK_SIZE (sizeof(struct malloc_chunk))
#define MINSIZE / (unsigned long)(((MIN_CHUNK_SIZE+MALLOC_ALIGN_MASK) & ~MALLOC_ALIGN_MASK))
/* pad request bytes into a usable size -- internal version */
#define request2size(req) / (((req) + SIZE_SZ + MALLOC_ALIGN_MASK < minsize)="" ?="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" minsize="" :="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" ="" /="" ="" ="" ="" ="" ="" ((req)="" +="" size_sz="" +="" malloc_align_mask)="" &="">
其中request2size这个宏就是glibc的内存对齐操作，MINSIZE就是使用malloc时占用内存的最小单位。根据宏定义可推算在32位系统中MINSIZE为16字节，在64位系统中MINSIZE一般为32字节。从request2size还可以知道，如果是64位系统，申请内存为1~24字节时，系统内存消耗32字节，当申请内存为25字节时，系统内存消耗48字节。 如果是32位系统，申请内存为1~12字节时，系统内存消耗16字节，当申请内存为13字节时，系统内存消耗24字节。
一般他们的差距是一个指针大小，计算公式是
max(MINSIZE,in_use_size)
其中in_use_size=(要求大小+2*指针大小-指针大小)align to MALLOC_ALIGNMENT
(对于上面计算的由来可以参见glibc 内存池管理 ptmalloc这篇文章的第4节chuck部分以及搜一下malloc的内部实现源码 ）
为了证明这个理论的正确性，我们需要计算一次malloc到底花掉了多少内存，我们用如下代码分别在32bit Linux和 64bit Linux上做测试 #include
#include
int main() { char * p1; char * p2; int i=1; printf('%d\n',sizeof(char *)); for(;i100;i++) { p1=NULL; p2=NULL; p1=(char *)malloc(i*sizeof(char)); p2=(char *)malloc(1*sizeof(char)); printf('i=%d %d\n',i,(p2-p1)); } getchar(); }
其测试结果如下：
32bit --------------------- Linux 32bit --------------------- 4
i=1 16
i=2 16
i=3 16
i=4 16
i=5 16
i=6 16
i=7 16
i=8 16
i=9 16
i=10 16
i=11 16
i=12 16
i=13 24
i=14 24
i=15 24
i=16 24
i=17 24
i=18 24
i=19 24
i=20 24
i=21 32
i=22 32
i=23 32
i=24 32
i=25 32
i=26 32
i=27 32
i=28 32
i=29 40
i=30 40
i=31 40
i=32 40
i=33 40
i=34 40
i=35 40
i=36 40
i=37 48
i=38 48
i=39 48
i=40 48
i=41 48
i=42 48
i=43 48
i=44 48
i=45 56
i=46 56
i=47 56
i=48 56
i=49 56
i=50 56
i=51 56
i=52 56
i=53 64
i=54 64
i=55 64
i=56 64
i=57 64
i=58 64
i=59 64
i=60 64
i=61 72
i=62 72
i=63 72
i=64 72
i=65 72
i=66 72
i=67 72
i=68 72
i=69 80
i=70 80
i=71 80
i=72 80
i=73 80
i=74 80
i=75 80
i=76 80
i=77 88
i=78 88
i=79 88
i=80 88
i=81 88
i=82 88
i=83 88
i=84 88
i=85 96
i=86 96
i=87 96
i=88 96
i=89 96
i=90 96
i=91 96
i=92 96
i=93 104
i=94 104
i=95 104
i=96 104
i=97 104
i=98 104
i=99 104
64bit
------------------- Linux 64bit ------------------- 8
i=1 32
i=2 32
i=3 32
i=4 32
i=5 32
i=6 32
i=7 32
i=8 32
i=9 32
i=10 32
i=11 32
i=12 32
i=13 32
i=14 32
i=15 32
i=16 32
i=17 32
i=18 32
i=19 32
i=20 32
i=21 32
i=22 32
i=23 32
i=24 32
i=25 48
i=26 48
i=27 48
i=28 48
i=29 48
i=30 48
i=31 48
i=32 48
i=33 48
i=34 48
i=35 48
i=36 48
i=37 48
i=38 48
i=39 48
i=40 48
i=41 64
i=42 64
i=43 64
i=44 64
i=45 64
i=46 64
i=47 64
i=48 64
i=49 64
i=50 64
i=51 64
i=52 64
i=53 64
i=54 64
i=55 64
i=56 64
i=57 80
i=58 80
i=59 80
i=60 80
i=61 80
i=62 80
i=63 80
i=64 80
i=65 80
i=66 80
i=67 80
i=68 80
i=69 80
i=70 80
i=71 80
i=72 80
i=73 96
i=74 96
i=75 96
i=76 96
i=77 96
i=78 96
i=79 96
i=80 96
i=81 96
i=82 96
i=83 96
i=84 96
i=85 96
i=86 96
i=87 96
i=88 96
i=89 112
i=90 112
i=91 112
i=92 112
i=93 112
i=94 112
i=95 112
i=96 112
i=97 112
i=98 112
i=99 112
了解了malloc的内存对其原理后，对于程序的内存占用的优化又有了有的放矢。我们可以根据内存对齐的原则来请求内存，来制作我们的高效内存池，从而避免隐形的资源浪费.
例如，目前STL的内存池是以8Byte为对齐单位，内存池free_list大小为
free_list[0] --------> 8 byte free_list[1] --------> 16 byte free_list[2] --------> 24 byte free_list[3] --------> 32 byte ... ... free_list[15] -------> 128 byte
STL内存池在发现某个规则的内存用完了时，会进行refill,在进行chunk_alloc
例如8Byte大小的空间没有了，调用refill,refill会将其空间准备20个,也就是20*8，当然refill做不了内存分配，他把20个8Byte的需求提交给chunk_alloc
chunk_alloc 能真正分配内存，但是它分配的时候会将内存空间*2，所以最终malloc的内存为8*20*2=320 ，32bit系统给malloc的内存为328,64bit系统给malloc的内存为336
在32位和64位操作系统分别浪费掉8Byte和16Byte,其实我们可以在chunk_alloc内部简单的计算一下系统的内存对齐，达到 chunk_alloc 级零浪费...
至于 allocate级别的浪费，我想是避免不了了，譬如，我需要一个6Byte的空间，STL内存池给我的确实8Byte
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