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本文背景：

在编程中，很多Windows或C++的内存函数不知道有什么区别，更别谈有效使用；根本的原因是，没有清楚的理解操作系统的内存管理机制，本文企图通过简单的总结描述，结合实例来阐明这个机制。

本文目的：

对Windows内存管理机制了解清楚，有效的利用C++内存函数管理和使用内存。

本文内容：

本文一共有六节，由于篇幅较多，故按节发表。其他章节请看本人博客的Windows内存管理及C++内存分配实例（一）（二）（四）（五）和（六）。

1.      进程地址空间

2.      内存状态查询函数

3.      内存管理机制--虚拟内存 (VM)

·        虚拟内存使用场合

虚拟内存最适合用来管理大型对象或数据结构。比如说，电子表格程序，有很多单元格，但是也许大多数的单元格是没有数据的，用不着分配空间。也许，你会想到用动态链表，但是访问又没有数组快。定义二维数组，就会浪费很多空间。

它的优点是同时具有数组的快速和链表的小空间的优点。

·        分配虚拟内存

如果你程序需要大块内存，你可以先保留内存，需要的时候再提交物理存储器。在需要的时候再提交才能有效的利用内存。一般来说，如果需要内存大于1M，用虚拟内存比较好。

·        保留

用以下Windows 函数保留内存块

VirtualAlloc (PVOID 开始地址，SIZE_T 大小，DWORD 类型，DWORD 保护属性)

一般情况下，你不需要指定“开始地址”，因为你不知道进程的那段空间是不是已经被占用了；所以你可以用NULL。“大小”是你需要的内存字节；“类型”有MEM_RESERVE（保留）、MEM_RELEASE（释放）和MEM_COMMIT（提交）。“保护属性”在前面章节有详细介绍，只能用前六种属性。

如果你要保留的是长久不会释放的内存区，就保留在较高的空间区域，这样不会产生碎片。用这个类型标志可以达到：

MEM_RESERVE|MEM_TOP_DOWN。

C++程序：保留1G的空间

LPVOID pV=VirtualAlloc(NULL,1000*1024*1024,MEM_RESERVE|MEM_TOP_DOWN,PAGE_READWRITE); 

            if(pV==NULL)

            cout<<"没有那么多虚拟空间!"<<endl;

            MEMORYSTATUS memStatusVirtual1;

            GlobalMemoryStatus(&memStatusVirtual1);

            cout<<"虚拟内存分配："<<endl;

            printf("指针地址=%x/n",pV);

cout<<"减少物理内存="<<memStatusVirtual.dwAvailPhys-memStatusVirtual1.dwAvailPhys<<endl;

cout<<"减少可用页文件="<<memStatusVirtual.dwAvailPageFile-memStatusVirtual1.dwAvailPageFile<<endl;

cout<<"减少可用进程空间="

<<memStatusVirtual.dwAvailVirtual-memStatusVirtual1.dwAvailVirtual<<endl<<endl;

结果如下：

可见，进程空间减少了1G；减少的物理内存和可用页文件用来管理页目和页表。但是，现在访问空间的话，会出错的：

int * iV=(int*)pV;

   //iV[0]=1;现在访问会出错，出现访问违规

·        提交

你必须提供一个初始地址和提交的大小。提交的大小系统会变成页面的倍数，因为只能按页面提交。指定类型是MEM_COMMIT。保护属性最好跟区域的保护属性一致，这样可以提高系统管理的效率。

C++程序：提交100M的空间

LPVOID pP=VirtualAlloc(pV,100*1024*1024,MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);    

            if(pP==NULL)

            cout<<"没有那么多物理空间!"<<endl;

            int * iP=(int*)pP;

            iP[0]=3;

            iP[100/sizeof(int)*1024*1024-1]=5;//这是能访问的最后一个地址

            //iP[100/sizeof(int)*1024*1024]=5;访问出错

·        保留&提交

你可以用类型MEM_RESERVE|MEM_COMMIT一次全部提交。但是这样的话，没有有效地利用内存，和使用一般的C++动态分配内存函数一样了。

·        更改保护属性

更改已经提交的页面的保护属性，有时候会很有用处，假设你在访问数据后，不想别的函数再访问，或者出于防止指针乱指改变结构的目的，你可以更改数据所处的页面的属性，让别人无法访问。

VirtualProtect (PVOID 基地址，SIZE_T 大小，DWORD 新属性，DWORD 旧属性)

“基地址”是你想改变的页面的地址，注意，不能跨区改变。

C++程序：更改一页的页面属性，改为只读，看看还能不能访问

DWORD protect;

            iP[0]=8;

            VirtualProtect(pV,4096,PAGE_READONLY,&protect);

            int * iP=(int*)pV;

iP[1024]=9;//可以访问，因为在那一页之外

            //iP[0]=9;不可以访问，只读

            //还原保护属性

            VirtualProtect(pV,4096,PAGE_READWRITE,&protect);

   cout<<"初始值="<<iP[0]<<endl;//可以访问

·        清除物理存储器内容

清除页面指的是，将页面清零，也就是说当作页面没有改变。假设数据存在物理内存中，系统没有RAM页面后，会将这个页面暂时写进虚拟内存页文件中，这样来回的倒腾系统会很慢；如果那一页数据已经不需要的话，系统可以直接使用。当程序需要它那一页时，系统会分配另一页给它。

VirtualAlloc (PVOID 开始地址，SIZE_T 大小，DWORD 类型，DWORD 保护属性)

“大小”如果小于一个页面的话，函数会执行失败，因为系统使用四舍五入的方法；“类型”是MEM_RESET。

有人说，为什么需要清除呢，释放不就行了吗？你要知道，释放了后，程序就无法访问了。现在只是因为不需要结构的内容了，顺便提高一下系统的性能；之后程序仍然需要访问这个结构的。

C++程序：

清除1M的页面：

PVOID re=VirtualAlloc(pV,1024*1024,MEM_RESET,PAGE_READWRITE);

            if(re==NULL)

   cout<<"清除失败!"<<endl;

这时候，页面可能还没有被清零，因为如果系统没有RAM请求的话，页面内存保存不变的，为了看看被清零的效果，程序人为的请求大量页面：

C++程序：

VirtualAlloc((char*)pV+100*1024*1024+4096,memStatus.dwAvailPhys+10000000,MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);//没访问之前是不给物理内存的。   

            char* pp=(char*)pV+100*1024*1024+4096;

            for(int i=0;i<memStatus.dwAvailPhys+10000000;i++)

            pp[i]='V';//逼他使用物理内存，而不使用页文件

            GlobalMemoryStatus(&memStatus);

            cout<<"内存初始状态："<<endl;

            cout<<"长度="<<memStatus.dwLength<<endl;

            cout<<"内存繁忙程度="<<memStatus.dwMemoryLoad<<endl;

            cout<<"总物理内存="<<memStatus.dwTotalPhys<<endl;

            cout<<"可用物理内存="<<memStatus.dwAvailPhys<<endl;

            cout<<"总页文件="<<memStatus.dwTotalPageFile<<endl;

            cout<<"可用页文件="<<memStatus.dwAvailPageFile<<endl;

            cout<<"总进程空间="<<memStatus.dwTotalVirtual<<endl;

            cout<<"可用进程空间="<<memStatus.dwAvailVirtual<<end;

   cout<<"清除后="<<iP[0]<<endl;

结果如下:

当内存所剩无几时，系统将刚清除的内存页面分配出去，同时不会把页面的内存写到虚拟页面文件中。可以看见，原先是8的值现在是0了。

·        虚拟内存的关键之处

虚拟内存存在的优点是，需要的时候才真正分配内存。那么程序必须决定何时才提交内存。

如果访问没有提交内存的数据结构，系统会产生访问违规的错误。提交的最好方法是，当你程序需要访问虚拟内存的数据结构时，假设它已经是分配内存的，然后异常处理可能出现的错误。对于访问违规的错误，就提交这个地址的内存。

·        释放

可以释放整个保留的空间，或者只释放分配的一些物理内存。

释放特定分配的物理内存：

如果不想释放所有空间，可以只释放某些物理内存。

“开始地址”是页面的基地址，这个地址不一定是第一页的地址，一个窍门是提供一页中的某个地址就行了，因为系统会做页边界处理，取该页的首地址；“大小”是页面的要释放的字节数；“类型”是MEM_DECOMMIT。

C++程序：

            //只释放物理内存

            VirtualFree((int*)pV+2000,50*1024*1024,MEM_DECOMMIT);

            int* a=(int*)pV;

            a[10]=2;//可以使用，没有释放这一页

            MEMORYSTATUS memStatusVirtual3;

            GlobalMemoryStatus(&memStatusVirtual3);

            cout<<"物理内存释放："<<endl;

cout<<"增加物理内存="<<memStatusVirtual3.dwAvailPhys-memStatusVirtual2.dwAvailPhys<<endl;

cout<<"增加可用页文件="<<memStatusVirtual3.dwAvailPageFile-memStatusVirtual2.dwAvailPageFile<<endl;

   cout<<"增加可用进程空间="

<<memStatusVirtual3.dwAvailVirtual-memStatusVirtual2.dwAvailVirtual<<endl<<endl;

结果如下：

可以看见，只释放物理内存，没有释放进程的空间。

释放整个保留的空间：

VirtualFree (LPVOID 开始地址，SIZE_T 大小，DWORD 类型)

“开始地址”一定是该区域的基地址；“大小”必须是0，因为只能释放整个保留的空间；“类型”是MEM_RELEASE。

C++程序：

VirtualFree(pV,0,MEM_RELEASE);

            //a[10]=2;不能使用了，进程空间也释放了

            MEMORYSTATUS memStatusVirtual4;

            GlobalMemoryStatus(&memStatusVirtual4);

            cout<<"虚拟内存释放："<<endl;

cout<<"增加物理内存="<<memStatusVirtual4.dwAvailPhys-memStatusVirtual3.dwAvailPhys <<endl;

cout<<"增加可用页文件="<<memStatusVirtual4.dwAvailPageFile-memStatusVirtual3.dwAvailPageFile<<endl;

cout<<"增加可用进程空间="

<<memStatusVirtual4.dwAvailVirtual-memStatusVirtual3.dwAvailVirtual<<endl<<endl;

结果如下：

整个分配的进程区域被释放了，包括所占的物理内存和页文件。

·        何时释放

如果数组的元素大小是小于一个页面4K的话，你需要记录哪些空间不需要，哪些在一个页面上，可以用一个元素一个Bit来记录；另外，你可以创建一个线程定时检测无用单元。

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