派生类的 C++ 数组与基类指向派生对象的指针数组 - 为什么分配的内存量如此不同？

Question

我需要澄清一个我不太明白的问题。使用以下两种情况，我认为分配的内存量大致相同。但是，方案 2 给了我一个 bad_alloc一段时间后出现异常，并且似乎在疯狂地消耗内存(使用 Window 的任务管理器作为分配给进程的内存量的代理)。以下是使用 MSVC10 在 Windows 32bit 上编译的。

假设我有以下基类:

template<class T>
class Base
{
protected:
    T x;
public:
    Base() {}
    Base(T _x) : x(_x){}
    virtual bool func() = 0;
};

现在，至于派生类:

template<class T>
class Derived : public Base<T>
{
public:
    Derived() {}
    Derived(T _x) :  Base(_x){}
    bool func() { return true; };
};

现在考虑两种情况。首先，分配一个 Derived 类的动态数组，并用 Derived 对象填充它，即:

int main()
{
    int size = SOME_LARGE_NUMBER;
    Derived<int>* d = new Derived<int>[size];
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        d[i] = Derived<int>(i);
    }

    // delete here
}

其次，分配基类指针的动态数组，并让它们指向派生类的实际实例，即:

int main()
{
    int size = SOME_LARGE_NUMBER;
    Base<int>** d = new Base<int>*[size];
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        d[i] = new Derived<int>(i);
    }

    // delete here
}

我在任何一种情况下都将 SOME_LARGE_NUMBER 设置为 40,000,000。在第一个场景中，程序完成得很好——在第二个场景中，我得到了一个 bad_alloc 异常。我想知道这是预期的行为还是我在这里忽略了什么？如果是这样，这样做的更好方法是什么？请注意，我使用 vector<Base<int>*> 遇到了同样的问题和 boost::ptr_vector<Base<int>> .

Answer 1

好吧，如果您在一个 block 中分配，它需要 size 乘以 Derived 的大小，并且单次分配的开销很小。但是如果你单独分配，它需要 size 乘以指针的大小(4 字节)，加上 size 乘以 Derived 和 size(加一)乘以分配开销，至少为 8 字节。如果您靠近边缘，12 倍的 size 额外字节很可能就是是否适合内存的区别。

我不会肯定地告诉您分配器开销恰好是 8 个字节，但让它少于 2 个指针会非常复杂，而且 Microsoft 标准分配器不太可能如此复杂。

请注意，由于 std::vector 和 boost::ptr_vector 与您手动执行的操作完全相同，因此它们的失败方式相同。它们只是包装器，以确保在适当的时候调用 delete，仅此而已。

对于 64 位目标，所有开销都会加倍。那里的指针是 8 个字节，分配器开销通常是 2 个指针。