Windows内存管理API的体系结构

首先上两张图，分别阐述：

1.WindowsAPI与CRT（C运行时）及C++标准库的关系

2.Windows内存管理API的体系结构

图1：WindowsAPI、CRT及标准C++库之间的关系（转自：http://www.codeproject.com/Articles/22642/What-Every-Computer-Programmer-Should-Know-About-W. 此篇文章值得仔细阅读.）

图2：Windows内存管理API体系结构（转自：http://www.cppblog.com/woaidongmao/archive/2011/08/12/153184.html）

转自：http://www.cppblog.com/woaidongmao/archive/2011/08/12/153184.html

1. Windows平台下主要的内存管理途径

申请	释放
new	delete
malloc	free
CoTaskMemAlloc	CoTaskMemFree
IMalloc:alloc	IMalloc/free
GlobalAlloc	GlobalFree
LocalAlloc	LocalFree
HeapAlloc	HeapFree
VirtualAlloc	VirtualFree

２. 调用关系

第一层：Win32 API作为系统的接口，提供了一组操作虚拟内存的接口；

第二层：Heap作为虚拟内存的一部分，Win32 API又提供了一组操作Heap内存的接口，但是这些接口是建立在操作虚拟内存

的接口的基础上。

第三层：Windows平台下的C Run-Time Library 又利用Heap API来实现malloc和free。

由此我们可以看出，这些动态内存操作方式之间存有单一的层次关系，位于这个层次的最低层的是Virtual Memory API，可以

说这些方式都是建立在Virtual Memory API的基础上。

调用关系如下表所示为 : new -> malloc -> HeapAlloc -> VirtualAlloc -> 驱动程序的_PageAlloc.

调用者	被调用者
msvcrt.malloc	kernel32.HeapAlloc(ntdll.RtlAllocateHeap)
kernel32.LocalAlloc	ntdll.RtlAllocateHeap
kernel32.GlobalAlloc	ntdll.RtAllocateHeap
kernel32.HeapAlloc	ntdll.RtAllocateHeap(映射)
kernel32.VirtualAlloc	kernel32.VirtualAllocEx
kernel32.VirtualAllocEx	ntdll.NtAllocateVirtualMemory
ntdll.RtlAllocateHeap	ntdll.NtAllocateVirtualMemory
ntdll.NtAllocateVirtualMemory	ntdll.KiFastSystemCall
ntdll.KiFastSystemCall	sysenter指令（0x0F34）

3. 方法解析

3.1 Virtual Memory API

作为Windows系统提供的最"核心"的对虚拟内存操作的接口，也作为其他几种方式的基础，Virtual Memory API应该在几种

方式中是最通用，也是功能最强大的一种方式。在Windows里内存管理是分为两部份，全局内存是系统管理的内存，因而是所

有进程都可以访问的内存，而每一个进程又有自己的内存空间，这就是虚拟内存空间了，而虚拟内存的空间比较大，当物理内

存不足时，系统会把虚拟内存的数据保存到硬盘里，这样只要硬盘的空间足够大，每个进程就可以使用3G的内存。虚拟内存分

配可以作为程序里分配内存的主要方式，比如大量的数据缓冲区，动态分配内存的空间。使用VirtualAlloc函数来分配内存的速

度要比全局内存要快。

1: LPVOID WINAPI VirtualAlloc( __in_opt LPVOID lpAddress, __in SIZE_T dwSize, __in DWORD flAllocationType, __in DWORD flProtect );

lpAddress是指定内存开始的地址。

dwSize是分配内存的大小。

flAllocationType是分配内存的类型。

flProtect是访问这块分配内存的权限。

void MemVirtual(void) {
//分配新内存大小。
 UINT nNewSize = (UINT) ceil(1500 / 1024.0) * 1024;
 PBYTE pNewBuffer = (PBYTE) VirtualAlloc(NULL,nNewSize,MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);
 if (pNewBuffer){
 //测试虚拟内存。
 ZeroMemory(pNewBuffer,1500);
 memcpy(pNewBuffer,_T("分配虚拟内存成功\r\n"),sizeof(_T("分配虚拟内存成功\r\n")));
 OutputDebugString((LPWSTR)pNewBuffer);
 //释放分配的内存，第三个参数一定是MEM_RELEASE
 VirtualFree(pNewBuffer,0,MEM_RELEASE);
 }
 }

3.2 Heap Memory API

在进程私有的内存空间里分配里，有两种分配情况，一种是基于栈式的内存分配，另一种是基于堆内存的分配。使用堆内存分

配是使用HeapAlloc函数来实现的，也就是实现new操作符分配内存时会调这个函数。这里的"Heap"指的是进程拥有的一种对

象(Windows中有很多对象，例如WINDOW，ICON，BRUSH)，当我们创建一个Heap对象的时候，我们就可以获得这个对象

的Handle,然后我们就可以使用这个handle来使用动态内存，最后销毁这个对象。

1: LPVOID WINAPI HeapAlloc(__in HANDLE hHeap, __in DWORD dwFlags, __in SIZE_T dwBytes);

hHeap是进程堆内存开始位置。

dwFlags是分配堆内存的标志。

dwBytes是分配堆内存的大小。

void MemHeap(void){
 const int nHeapSize = 1024;
 PBYTE pNewHeap = (PBYTE) ::HeapAlloc(GetProcessHeap(), 0, nHeapSize);
 if (pNewHeap){
 //测试分配堆内存。
 ZeroMemory(pNewHeap,nHeapSize);
 memcpy(pNewHeap,_T("分配堆内存成功\r\n"),sizeof(_T("分配堆内存成功\r\n")));
 OutputDebugString((LPWSTR)pNewHeap);
 //释放内存
 BOOL bRes = ::HeapFree(GetProcessHeap(), 0, pNewHeap);
 if (bRes != TRUE){
 OutputDebugString(_T("释放内存出错\r\n"));
 }
14: }
15: }

3.3 LocalAlloc/GlobalAlloc

这两个函数是Win16 API中遗留下来的两个函数，Win32 API为了保持兼容性才包含了这两个函数。这两个函数内部是通过

Heap Memory API来操作一个"特殊"的Heap对象：进程的默认堆对象。每一个进程在初始化的时候，都会创建一个默认的

Heap对象，在进程结束的时候销毁这个默认的Heap对象。LocalAlloc和GlobalAlloc的区别仅表现在Win16环境下，在

Win16环境下，内存的地址是通过段:段内偏移量来获取的，LocalAlloc()只能在同一段内分配内存，而GlobalAlloc可以跨越

段边界访问内存。在Win32环境下内存访问不存在这样的限制，所以他们表现出相同的功能。由于Heap Memory API完全可

以实现他们两个的功能，所以在Win32下不推荐使用这两个函数。

在Windows系统里，有一项功能非常实用，就是剪贴板功能，它能够从一个程序里与另一个程序进行数据交换的功能，也就是

说两个进程上是可以共享数据。要实现这样的功能，Windows系统在底层上有相应的支持，就是高端地址的内存是系统内存，

这样就可以不同的进程进行共享数据了。因此，调用函数GlobalAlloc来分配系统内存，让不同的进程实现共享数据，也就是剪

贴板功能，可以在一个进程内分配内存，在另一个进程里访问数据后删除内存。

1: HLOCAL WINAPI LocalAlloc(__in UINT uFlags,__in SIZE_T uBytes);

2: HGLOBAL WINAPI GlobalAlloc (__in UINT uFlags, __in SIZE_T dwBytes);

示例代码：

void MemGlobal(void) {
 //分配全局内存。
 BYTE* pGlobal = (BYTE*)::GlobalAlloc(GMEM_FIXED,1024);
 if (!pGlobal) {
 return;
 } else {
 //测试全局内存
 ZeroMemory(pGlobal,1024);
 memcpy(pGlobal,_T("分配内存成功\r\n"),sizeof(_T("分配内存成功\r\n")));
 OutputDebugString((LPWSTR)pGlobal);
 }
 //释放全局内存。
 ::GlobalFree((HGLOBAL)pGlobal);
 }