C ++对象的内存消耗

Question

首先：这个问题不是关于“如何使用删除操作符”，而是关于“为什么许多小尺寸的类对象消耗大量内存”。 假设我们有这个代码：

class Foo
{

};

void FooTest()
{
    int sizeOfFoo = sizeof(Foo);

    for (int i = 0; i < 10000000; i++)
        new Foo();
}

空类Foo的大小是1个字节，但是当执行代码时它消耗大约600Mb的内存。 那个怎么样？

UPDATE。 我在Visual Studio 2010中对Win10 x64进行了测试。来自OS任务管理器的内存使用情况。

Answer 1

C ++堆管理器有4种不同的“模式”，它可以在对象周围保留更少或更多的空间。 这些是

1. 发布模式，正常运行
2. 发布模式，在调试器下运行
3. 调试模式，正常运行
4. 调试模式，在调试器下运行

附加内存用于无域（0xFDFDFDFD），对齐到16字节边界（0xBAADF00D），堆管理等。

我建议阅读这篇文章并查看调试器中的4个场景，打开原始内存视图。 你会学到很多东西。 对于情况1和3，插入一个暂停，您可以将调试器附加到正在运行的进程，而在情况2和4中，您应首先运行调试器，然后从那里启动可执行文件。

我曾经在演示缓冲区溢出时演示了C ++堆的工作原理。 这是一个你可以使用的演示程序，不完美，但也许有用：

#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
void SimpleBufferOverrunDemo( int argc, _TCHAR* argv[] ) ;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    SimpleBufferOverrunDemo(argc, argv);

    getchar();
    return 0;
}

void SimpleBufferOverrunDemo( int argc, _TCHAR* argv[] ) 
{
    if (argc != 2)
    {
        std::cout << "You have to provide an argument!\n";
        return;
    }

    // Allocate 5 bytes
    byte* overrunBuffer = new byte[5];

    // Demo 1: How does the memory look after delete? Uncomment the following to demonstrate
    //delete [] overrunBuffer; //0xfeeefeee in debug mode.
    //DebugBreak();

    // Demo 2: Comment Demo 1 again. 
    // Provide a 5 byte sequence as argument
    // Attach with WinDbg and examine the overrunBuffer.

    // 2.1. How many heaps do we have?
    // !heap -s

    // 2.2. How to find the heap block and how large is it?
    // !heap -x [searchAddress]
    // !heap -i [blockAddress] -> Wow 72 bytes block size for 5 allocated bytes!

    // 2.3. Show that _HEAP_ENTRY does not work any more.

    // Demo 3: Write behind the 5 allocated bytes.
    // Provide more than 5 bytes as argument, depending on how what you want to destroy
    // 3.1 Write into the no mans land.
    // 3.2 Write into the guard bytes.
    // 3.3 Write into the meta data section of the following heap block! -> When does it crash?

    std::wstring arg = argv[1];

    for (size_t i = 0; i < arg.size(); i++)
    {
        overrunBuffer[i] = (byte)arg[i];
    }

    // Crash happens not where it was caused(!) This is important!
    std::cout << "Now we do a plenty of other work ...";
    ::Sleep(5000);

    delete[] overrunBuffer;

    // Demo 4: Demonstrate page heap / application verifier!
}

Answer 2

类Foo大小可能是1个字节，但由于您分别分配了许多Foo ，它们可以（并且可能）在某些字节对齐的地址上分配，并且由于碎片消耗的内存比预期的多。

此外，还有内部存储器管理系统使用的内存。

Answer 3

您必须知道，从OS的角度来看，进程所消耗的内存不仅与代码中分配的对象有关。

这是一个严重依赖于实现的东西，但总的来说，出于性能原因，内存分配很少一对一地传递给操作系统，而是通过免费存储的管理汇集 。 一般原则如下：

• 在程序启动时，您的C ++实现将为免费存储和堆分配一些初始空间。
• 当消耗此内存并且需要新内存时，内存管理将向操作系统请求更大的块并使其在免费存储中可用。
• 从OS请求的块的大小可能适应分配模式。

因此，从任务管理器中查看的600MB，可能只有一小部分被有效地分配给您的对象，而更大的部分实际上仍然是免费的，并且可以在免费商店中使用。

这就是说，消耗的内存将大于x个对象的大小：对于每个分配的对象，内存管理功能必须管理一些附加信息（如分配对象的大小）。 实际上，空闲内存池还需要指针（通常是链表）来跟踪空闲块（如果它们不是连续的）。

Answer 4

关于Windows的非常有趣的帖子。

为了比较，在Ubuntu 15.10（64）上：

int t407(void)
{
   std::cout << "\nsizeof(Foo): " << sizeof(Foo) << std::endl;

   std::cout << "\nsizeof(Foo*): " << sizeof(Foo*) << std::endl;

   std::vector<Foo>  fooVec;
   fooVec.reserve(10000000);
   for (size_t i=0; i<10000000; ++i)
   {
      Foo t;
      fooVec.push_back(t);
   }
   std::cout << "\nfooVec.size(): " << fooVec.size() 
             << " elements" << std::endl
             << "fooVec.size() * sizeof(Foo): " 
             << fooVec.size() * sizeof(Foo) << " bytes" << std::endl
             << "sizeof(fooVec): " << sizeof(fooVec) 
             << " bytes (on stack)" << std::endl;

   return(0);
}

随着输出：

 sizeof(Foo): 1

 sizeof(Foo*): 8

 fooVec.size(): 10000000 elements 
 fooVec.size() * sizeof(Foo): 10000000 bytes
 sizeof(fooVec): 24 bytes (on stack)