第一課:
Windows 是多任務的操作系統, 一個任務就是一個應用(應用程序)、一個應用占一個進程; 在一個進程里面, 又可以運行多個線程(所以就有了很多"多線程編程"的話題).
對 Win32 來講, 系統給每個進程 4GB 的地址空間:
低端 2GB($00000000 - $7FFFFFFF) 給用戶支配;
高端 2GB($80000000 - $FFFFFFFF) 留給系統使用.
文件或程序要調入內存才能工作, 先看看我們的內存到底有多大吧.
在系統盤根目錄下有個 pagefile.sys 文件, 這就是我們的 "虛擬內存"(虛擬內存是以文件的形式存在的).
把 pagefile.sys 叫做 "虛擬內存" 似乎不妥, 所謂的 "虛擬" 只是相對真實的物理內存(RAM)來講的; 很多書上的 "物理內存" 指的其實是: RAM + 虛擬內存, 也就是所有可用內存.
"虛擬內存" 在有些書上也被稱作 "頁文件" 、"頁面文件" 或 "交換文件". "虛擬內存" 的大小可以從 "控制面板" 里設置, 默認是由系統自動管理的.
使用 "虛擬內存" 是系統的機制, 不管 RAM 有多大, 也應該使用 "虛擬內存".
RAM 大了, 系統就會少用 "虛擬內存", 從而提高速度; 但 RAM 也不是越大越好, 如果你真的放 4G 的內存條, 系統能夠識別並使用的也就是 3G 左右, 因為 Win32 只有 4G 的管理能力(尋址能力), 當然這在 Win64 下要另當別論.
所謂系統給每個程序 4G, 是給 4G 的 "虛擬的地址表", 絕不是真實的內存, 不然一個記事本、一個計算器就得需要 8G.
這個 "虛擬的地址表" 在有些書上叫 "虛地址表"、"頁映射表" 或 "虛內存地址", 也有叫 "虛擬內存地址", 很容易和 "虛擬內存" 的概念混淆.
這個 "虛擬的地址表" 上有 4G 個(4294967296 個)地址(0 - $FFFFFFFF), 雖然每個程序都有這樣一個表, 但它們並不會沖突, 就因為這些地址是虛擬的, 系統在需要的時候會把它們映射成具體的真實內存的地址. 這樣就阻斷了一個進程對另一個進程的訪問.
在 Win2000 以前的版本中, 用 GlobalAlloc 申請公用內存, 用 LocalAlloc 申請私有內存; 現在通過 "虛擬的地址表" 使用內存, 在進程中申請的內存都是私有的, 現在的 GlobalAlloc、LocalAlloc 沒有區別, 都是執行同樣的代碼.
如果需要跨進程的公用內存空間, 需要用 "內存映射" 等手段, 這需要再專題學習.
總結概念: 物理內存、虛擬內存、虛地址表.
函數 GlobalMemoryStatus 可以獲取它們的信息, 獲取后放在 TMemoryStatus 結構中.
//TMemoryStatus 是 _MEMORYSTATUS 的重命名: _MEMORYSTATUS = record dwLength: DWORD; {結構長度} dwMemoryLoad: DWORD; {表示已使用的內存比例的一個整數} dwTotalPhys: DWORD; {物理內存總數} dwAvailPhys: DWORD; {可用物理內存總數} dwTotalPageFile: DWORD; {虛擬內存總數} dwAvailPageFile: DWORD; {可用虛擬內存總數} dwTotalVirtual: DWORD; {虛地址表中的地址總數} dwAvailVirtual: DWORD; {虛地址表中可用的地址總數} end;
做個小程序看看內存情況:
unit Unit1; interface uses Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls; type TForm1 = class(TForm) Memo1: TMemo; procedure FormCreate(Sender: TObject); end; var Form1: TForm1; implementation {$R *.dfm} procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); var m: TMemoryStatus; const num = 1024 * 1024; begin GlobalMemoryStatus(m); Memo1.Clear; with Memo1.Lines do begin Add(Format('dwLength:' + #9 + '%d', [m.dwLength])); Add(Format('dwMemoryLoad:' + #9 + '%d', [m.dwMemoryLoad])); Add(Format('dwTotalPhys:' + #9 + '%d', [m.dwTotalPhys div num])); Add(Format('dwAvailPhys:' + #9 + '%d', [m.dwAvailPhys div num])); Add(Format('dwTotalPageFile:' + #9 + '%d', [m.dwTotalPageFile div num])); Add(Format('dwAvailPageFile:' + #9 + '%d', [m.dwAvailPageFile div num])); Add(Format('dwTotalVirtual:' + #9 + '%d', [m.dwTotalVirtual div num])); Add(Format('dwAvailVirtual:' + #9 + '%d', [m.dwAvailVirtual div num])); end; end; end.
我這里的運行效果圖:
第二課:
靜態數組, 在聲明時就分配好內存了, 譬如:
var arr1: array[0..255] of Char; arr2: array[0..255] of Integer; begin ShowMessageFmt('數組大小分別是: %d、%d', [SizeOf(arr1), SizeOf(arr2)]); {數組大小分別是: 512、1024} end;
對靜態數組指針, 雖然在聲明之處並沒有分配內存, 但這個指針應該分配多少內存是有定數的.
這種情況, 我們應該用 New 和 Dispose 來分配與釋放內存. 譬如:
type TArr1 = array[0..255] of Char; TArr2 = array[0..255] of Integer; var arr1: ^TArr1; arr2: ^TArr2; begin New(arr1); New(arr2); arr1^ := '萬一的 Delphi 博客'; ShowMessageFmt('%s%s', [arr1^[0], arr1^[1]]); {萬一} // ShowMessageFmt('%s%s', [arr1[0], arr1[1]]); {這樣也可以} arr2[Low(arr2^)] := Low(Integer); {第一個元素賦最小值} arr2[High(arr2^)] := MaxInt; {第一個元素賦最大值} ShowMessageFmt('%d, %d', [arr2[0], arr2[255]]); {-2147483648, 2147483647} Dispose(arr1); Dispose(arr2); end; //變通一下, 再做一遍這個例子: type TArr1 = array[0..255] of Char; TArr2 = array[0..255] of Integer; PArr1 = ^TArr1; PArr2 = ^TArr2; var arr1: PArr1; arr2: PArr2; begin New(arr1); New(arr2); arr1^ := '萬一的 Delphi 博客'; ShowMessageFmt('%s%s', [arr1[0], arr1[1]]); arr2[Low(arr2^)] := Low(Integer); arr2[High(arr2^)] := MaxInt; ShowMessageFmt('%d, %d', [arr2[0], arr2[255]]); {-2147483648, 2147483647} Dispose(arr1); Dispose(arr2); end;
給已知大小的指針分配內存應該用 New, 上面的例子是關於靜態數組指針的, 后面要提到的結構體(記錄)的指針也是如此.
New 的本質也函數調用 GetMem, 但不需要我們指定大小了.
但這對動態數組就不合適了, 不過給動態數組分配內存 SetLength 應該足夠了, 譬如:
var arr: array of Integer; begin SetLength(arr, 3); arr[0] := Random(100); arr[1] := Random(100); arr[2] := Random(100); ShowMessageFmt('%d,%d,%d', [arr[0],arr[1],arr[2]]); {0,3,86} end;
那怎么給動態數組的指針分配內存呢? 其實動態數組變量本身就是個指針, 就不要繞來繞去再給它弄指針了.
不過有一個理念還是滿重要的, 那就是我們可以把一個無類型指針轉換為動態數組類型, 譬如:
type TArr = array of Integer; var p: Pointer; begin GetMem(p, 3 * SizeOf(Integer)); {分配能容納 3 個 Integer 的空間} {這和 3 個元素的 TArr 的大小是一樣的, 但使用時需要進行類型轉換} TArr(p)[0] := Random(100); TArr(p)[1] := Random(100); TArr(p)[2] := Random(100); ShowMessageFmt('%d,%d,%d', [TArr(p)[0], TArr(p)[1], TArr(p)[2]]); {0,3,86} FreeMem(p); end;
這里用到了 GetMem 和 FreeMem, 對分配無類型指針這是比較常用的; 對其他類型的指針它可以, 但不見得是最好的方案, 譬如:
//獲取窗口標題(顯然不如用前面說過的 StrAlloc 更好) var p: Pointer; begin GetMem(p, 256); GetWindowText(Handle, p, 256); ShowMessage(PChar(p)); {Form1} FreeMem(p); end;
應該提倡用 GetMemory 和 FreeMemory 代替 GetMem、FreeMem, 譬如:
var p: Pointer; begin p := GetMemory(256); GetWindowText(Handle, p, 256); ShowMessage(PChar(p)); {Form1} FreeMemory(p); end;
先總結下:
New 是給已知大小的指針分配內存;
GetMem 主要是給無類型指針分配內存;
盡量使用 GetMemory 來代替 GetMem.
還有個 AllocMem 和它們又有什么區別呢?
AllocMem 分配內存后會同時初始化(為空), GetMem 則不會, 先驗證下:
var p1,p2: Pointer; begin p1 := AllocMem(256); ShowMessage(PChar(p1)); {這里會顯示為空} FreeMemory(p1); p2 := GetMemory(256); ShowMessage(PChar(p2)); {這里會顯示一些垃圾數據, 內容取決與在分配以前該地址的內容} FreeMemory(p2); end;
關於 FreeMemory 與 FreeMem 的區別:
1、FreeMemory 會檢查是否為 nil 再 FreeMem, 這有點類似: Free 與 Destroy;
2、FreeMem 還有個默認參數可以指定要釋放的內存大小, 不指定就全部釋放(沒必要只釋放一部分吧);
3、New 對應的 Dispose 也可以用 FreeMem 或 FreeMemory 代替.
盡量使用 FreeMemory 來釋放 GetMem、GetMemory、AllocMem、ReallocMem、ReallocMemory 分配的內存.
ReallocMem、ReallocMemory 是在已分配的內存的基礎上重新分配內存, 它倆差不多 ReallocMemory 比 ReallocMem 多一個 nil 判斷, 盡量使用 ReallocMemory 吧. 譬如:
type TArr = array[0..MaxListSize] of Char; PArr = ^TArr; var arr: PArr; i: Integer; begin arr := GetMemory(5); for i := 0 to 4 do arr[i] := Chr(65+i); ShowMessage(PChar(arr)); {ABCDE} arr := ReallocMemory(arr, 26); ShowMessage(PChar(arr)); {ABCDE} for i := 0 to 25 do arr[i] := Chr(65+i); ShowMessage(PChar(arr)); {ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ} end;
注意上面這個例子中 TArr 類型, 它被定義成一個足夠大的數組; 這種數組留出了足夠的可能性, 但一般不會全部用到.
我們一般只使用這種數組的指針, 否則一初始化將會內存不足而當機.
即便是使用其指針, 也不能用 New 一次行初始化; 應該用 GetMem、GetMemory、AllocMem、ReallocMem、ReallocMemory 等用多少申請多少.
需要注意的是, 重新分配內存也可能是越分越少; 如果越分越大應該可以保證以前數據的存在.
這在 VCL 中 TList 類用到的理念.
如果你在心里上接受不了那么大一個數組(其實沒事, 一個指針才多大? 我們只使用其指針), 也可以這樣:
type TArr = array[0..0] of Char; PArr = ^TArr; var arr: PArr; i: Integer; begin arr := GetMemory(5); for i := 0 to 4 do arr[i] := Chr(65+i); ShowMessage(PChar(arr)); {ABCDE} arr := ReallocMemory(arr, 26); ShowMessage(PChar(arr)); {ABCDE} for i := 0 to 25 do arr[i] := Chr(65+i); ShowMessage(PChar(arr)); {ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ} end;
這好像又讓人費解, 只有一個元素的數組能干什么?
應該這樣理解: 僅僅這一個元素就足夠指示數據的起始點和數據元素的大小和規律了.
另外的 SysGetMem、SysFreeMem、SysAllocMem、SysReallocMem 四個函數, 應該是上面這些函數的底層實現, 在使用 Delphi 默認內存管理器的情況下, 我們還是不要直接使用它們.