全能編程開發工程師的必備技能——globalAlloc詳解

GlobalAlloc是Windows API中的一個函數，它可以用來在本地進程堆中分配指定大小的內存。本文將從多個方面詳細講解globalAlloc。

一、globalAlloc函數

globalAlloc作為一種內存分配函數，其主要作用是在進程堆中分配一塊指定大小的內存，並返回指向分配內存的指針（或空指針）。其函數原型如下：

    HGLOBAL GlobalAlloc(
        UINT uFlags,
        SIZE_T dwBytes
    );

其中，uFlags可以為以下幾種常量：

• GMEM_FIXED：要求內存分配成功並且分配出來的內存地址不變
• GMEM_MOVEABLE：要求分配的內存空間可以移動（通過GlobalReAlloc函數）
• GMEM_ZEROINIT：要求全局分配緩衝區的內部所有位都被初始化為零

而dwBytes則代表要分配的內存大小，單位為位元組（Byte）。

二、globalAlloc rust

Rust是一門功能強大的系統編程語言，同樣也可以使用globalAlloc函數。具體使用步驟：

1. 將以下代碼複製並粘貼至項目根目錄下的Cargo.toml文件：

           [features]
       std = ["alloc_system"]
       
       [dependencies]
       alloc_system = { version = "0.3.2", optional = true }
           

2. 在源文件中引入alloc庫和globalAlloc：

           #![feature(global_allocator)]
           #![global_allocator]
           static GLOBAL: std::alloc::System = std::alloc::System;
           

3. 使用globalAlloc：

           use std::alloc::{GlobalAlloc, Layout};
           
           struct MyAllocator;
           unsafe impl GlobalAlloc for MyAllocator {
               unsafe fn alloc(&self, layout: Layout) -> *mut u8 {
                   GlobalAlloc::alloc(&std::alloc::System, layout)
               }
               unsafe fn dealloc(&self, ptr: *mut u8, layout: Layout) {
                   GlobalAlloc::dealloc(&std::alloc::System, ptr, layout)
               }
           }
           
           #[global_allocator]
           static GLOBAL: MyAllocator = MyAllocator;
           
           fn main() {
               let n = 1024*1024;
               let layout = Layout::from_size_align(n, 1).unwrap();
               let ptr = unsafe { GLOBAL.alloc(layout) };
               if ptr.is_null() {
                   panic!("Out of memory");
               }
           }
           

三、globalAlloc和new

對於內存分配，常見的方式除了globalAlloc之外，還有使用new運算符。二者的差異在於，使用new運算符是對於某種類型的內存進行分配，而globalAlloc則是分配了若干個位元組的內存。當然，也可以在globalAlloc之上進行進一步的類型轉換。

    struct MyStruct {
        x: i32,
        y: i32,
    }
    let my_struct = unsafe { 
        let layout = Layout::new::();
        GlobalAlloc::alloc(&SYSTEM_ALLOCATOR, layout) 
        as *mut MyStruct
    };
    *my_struct = MyStruct { x: 1, y: 2 };

四、globalAlloc malloc 多大

在進行內存分配時，需要指定內存大小。但是，如何決定這個內存的大小呢？這與用戶的具體需求有關。如果內存大小太小，可能無法滿足程序的需要；而內存太大則會造成浪費。可以通過用戶提供特定數據的大小等方法進行內存大小的設定。

    const NAME_SIZE: usize = 256;
    let layout = Layout::from_size_align(NAME_SIZE, 1).unwrap();
    let name_ptr = unsafe { GlobalAlloc::alloc(&SYSTEM_ALLOCATOR, layout) };

五、globalAlloc failed

在進行內存分配時，可能會分配失敗。出現分配失敗的原因可能為：內存不足、內存碎片化、PC卡或存儲控制器發生故障等。如果globalAlloc分配失敗，則返回空指針，需要對此進行判斷，如果出現空指針，需要進行相應的錯誤處理。

    let layout = Layout::from_size_align(usize::MAX, 1).unwrap();
    let ptr = unsafe { GlobalAlloc::alloc(&SYSTEM_ALLOCATOR, layout) };
    if ptr.is_null() {
        println!("Allocation failed!");
    }

六、globalAlloc的執行效率

globalAlloc效率高於C++的new或malloc函數，因為globalAlloc使用的是自己的線程安全的堆內存，而C++的new或malloc函數使用的是全局內存。

七、globalAlloc和virtualalloc區別

globalAlloc和virtualalloc都是用來分配內存的函數，但它們的使用場景不同。

globalAlloc在進程的堆中分配內存（Allocates Memory from Process’s Heap），而virtualalloc則用於訪問未分配的虛擬內存（Reserves Pages of Virtual Memory），這個虛擬內存可以是每個進程的專用地址空間（無論是保留還是提交）。因此，當需要在進程的地址空間中分配內存時，請使用globalAlloc；而當需要訪問未分配的虛擬內存時，請使用virtualalloc。

Code

    use std::alloc::{GlobalAlloc, Layout};
    
    struct MyAllocator;
    unsafe impl GlobalAlloc for MyAllocator {
        unsafe fn alloc(&self, layout: Layout) -> *mut u8 {
            GlobalAlloc::alloc(&std::alloc::System, layout)
        }
        unsafe fn dealloc(&self, ptr: *mut u8, layout: Layout) {
            GlobalAlloc::dealloc(&std::alloc::System, ptr, layout)
        }
    }
    
    #[global_allocator]
    static GLOBAL: MyAllocator = MyAllocator;
    
    fn main() {
        let n = 1024*1024;
        let layout = Layout::from_size_align(n, 1).unwrap();
        let ptr = unsafe { GLOBAL.alloc(layout) };
        if ptr.is_null() {
            panic!("Out of memory");
        }
    }