1、STL空間配置器：主要分三個文件實現，stl_construct.h 這裏定義了全局函數construct()和destroy()，負責對象的構造和析構。stl_alloc.h文件中定義了一、二兩級配置器，彼此合作，配置器名爲alloc. stl_uninitialized.h 這裏定義了一些全局函數，用來填充(fill)或複製(copy)大塊內存數據，他們也都隸屬於STL標準規劃。
在stl_alloc.h中定義了兩級配置器，主要思想是申請大塊內存池，小塊內存直接從內存池中申請，當不夠用時再申請新的內存池，還有就是大塊內存直接申請。當申請空間大於128字節時調用第一級配置器，第一級配置器沒有用operator::new和operator::delete來申請空間，而是直接調用malloc/free和realloc，並且實現了類似c++中new-handler的機制。所謂c++ new handler機制是，你可以要求系統在內存配置需求無法被滿足時，調用一個指定的函數。換句話說，一旦::operator::new無法完成任務，在丟出std::bad_alloc異常狀態之前，會先調用由客端指定的處理例程，該處理例程通常稱爲new-handler.new-handler解決內存做法有特定的模式。SGI第一級配置器的allocate()和realloc都是在調用malloc和realloc不成功後，改調用oom_malloc()和oom_realloc()，後兩者都有內循環，不斷調用"內存不足處理例程"，期望在某次調用之後，獲得足夠的內存而圓滿完成任務。但如果“內存不足處理例程“並未被客端設定，oom_malloc()和oom_realloc便調用_THROW_BAD_ALLOC, 丟出bad_alloc異常信息，或利用exit(1)硬生生中止程序。
在stl_alloc.h中定義的第二級配置器中，如果區塊夠大，超過128字節時，就移交給第一級配置器處理。當區塊小於128字節時，則以內存池管理，此法又稱爲次層配置，每次配置一大塊內存，並維護對應的自由鏈表(free-list)。下次若再有相同大小的內存需求，就直接從free-list中拔出。如果客端釋還小額區塊，就由配置器回收到free-lists中，另外，配置器除了負責配置，也負責回收。爲了管理方便，SGI第二級配置器會主動將任何小額區塊的內存需求量上調至8的倍數。並維護16個free-lists，各自管理大小分別爲8，16，24，32，40，48，56，64，72，80，88，96，104， 112，120，128 字節的小額區塊。當申請小於等於128字節時就會檢查對應的free list，如果free-list中有可用的區塊，就直接拿來，如果沒有，就準備爲對應的free-list 重新填充空間。新的空間將取自內存池，缺省取得20個新節點，如果內存池不足（還足以一個以上的節點），就返回的相應的節點數.如果當內存池中連一個節點大小都不夠時，就申請新的內存池,大小爲2*total_bytes+ROUND_UP(heap_size>>4)，totoal_bytes 爲申請的空間大小，ROUND_UP調整爲8的倍數，heap_size爲當前總申請內存池的大小。如果申請該內存池成功就把原來內存池中剩下的空間分配給適當的free-list.萬一山窮水盡，整個system heap空間都不夠了（以至無法爲內存池注入源頭活水），malloc()行動失敗，就會四處尋找有無"尚有未用區塊，且區塊足夠大 "之free lists.找到了就挖一塊交出，找不到就調用第一級配置器。第一級配置器其實也是使用malloc來配置內存。但它有out-of-memory處理機制（類似new-handler機制），或許有機會釋放其他的內存拿來此處使用。如果可以就成功，否則發出bad_alloc異常。
2、STL的默認內存分配器
隱藏在這些容器後的內存管理工作是通過STL提供的一個默認的allocator實現的。當然，用戶也可以定製自己的allocator，只要實現allocator模板所定義的接口方法即可，然後通過將自定義的allocator作爲模板參數傳遞給STL容器，創建一個使用自定義allocator的STL容器對象，如：
stl::vector<int, UserDefinedAllocator> array;
大多數情況下，STL默認的allocator就已經足夠了。這個allocator是一個由兩級分配器構成的內存管理器，當申請的內存大小大於128byte時，就啓動第一級分配器通過malloc直接向系統的堆空間分配，如果申請的內存大小小於128byte時，就啓動第二級分配器，從一個預先分配好的內存池中取一塊內存交付給用戶，這個內存池由16個不同大小（8的倍數，8~128byte）的空閒列表組成，allocator會根據申請內存的大小（將這個大小round up成8的倍數）從對應的空閒塊列表取表頭塊給用戶。
這種做法有兩個優點：
(1)小對象的快速分配。小對象是從內存池分配的，這個內存池是系統調用一次malloc分配一塊足夠大的區域給程序備用，當內存池耗盡時再向系統申請一塊新的區域，整個過程類似於批發和零售，起先是由allocator向總經商批發一定量的貨物，然後零售給用戶，與每次都總經商要一個貨物再零售給用戶的過程相比，顯然是快捷了。當然，這裏的一個問題時，內存池會帶來一些內存的浪費，比如當只需分配一個小對象時，爲了這個小對象可能要申請一大塊的內存池，但這個浪費還是值得的，況且這種情況在實際應用中也並不多見。
(2)避免了內存碎片的生成。程序中的小對象的分配極易造成內存碎片，給操作系統的內存管理帶來了很大壓力，系統中碎片的增多不但會影響內存分配的速度，而且會極大地降低內存的利用率。以內存池組織小對象的內存，從系統的角度看，只是一大塊內存池，看不到小對象內存的分配和釋放。
實現時，allocator需要維護一個存儲16個空閒塊列表表頭的數組free_list，數組元素i是一個指向塊大小爲8*(i+1)字節的空閒塊列表的表頭，一個指向內存池起始地址的指針start_free和一個指向結束地址的指針end_free。空閒塊列表節點的結構如下：
union obj
{
union obj * free_list_link;
char client_data[1];
};obj* free_list[16];
3、分配算法
// 算法：allocate
// 輸入：申請內存的大小size
// 輸出：若分配成功，則返回一個內存的地址，否則返回NULL
{
if(size 大於 128)
啓動第一級分配器直接調用malloc分配所需的內存並返回內存地址；
else
{
將size向上round up成8的倍數並根據大小從free_list中取對應的表頭free_list_head
if(free_list_head 不爲空)
{
從該列表中取下第一個空閒塊並調整free_list,返回free_list_head
}
else
{
調用refill算法建立空閒塊列表並返回所需的內存地址
}
}
}
// 算法：refill
// 輸入：內存塊的大小size
// 輸出：建立空閒塊鏈表並返回第一個可用的內存地址
{
調用chunk_alloc算法分配若干個大小爲size的連續內存區域並返回起始地址chunk和成功分配的塊數nobj
if(塊數爲1)
直接返回 chunk;
else
{
開始在chunk地址塊中建立free_list
根據size取free_list中對應的表頭元素free_list_head
將free_list_head 指向chunk中偏移起始地址爲size的地址處，即free_list_head = (obj*)(chunk+size)
再將整個chunk中剩下的nobj-1個內存塊串聯起來構成一個空閒列表
返回chunk，即chunk中第一個空閒的內存塊
}
}
// 算法：chunk_alloc
// 輸入：內存塊的大小size,預分配的內存塊數nobj(以引用傳遞)
// 輸出：一塊連續的內存區域的地址和該區域內可以容納的內存塊的塊數
{
計算總共所需的內存大小total_bytes
if(內存池足以分配，即end_free-start_free >= total_bytes)
{
則更新start_free
返回舊的start_free
}
else if(內存池不夠分配nobj個內存塊，但至少可以分配一個)
{
計算可以分配的內存塊數並修改nobj
更新start_free並返回原來的start_free
}
else // 內存池連一個內存塊都分配不了
{
先將內存池的內存塊鏈入到對應的free_list中後
調用malloc操作重新分配內存池，大小爲2倍的total_bytes爲附加量，start_free指向返回的內存地址
if(分配不成功)
{
if(16個空閒列表中尚有空閒塊)
嘗試將16個空閒列表中空閒塊回收到內存池中再調用chunk_alloc(size,nobj)
else
調用第一級分配器嘗試out of memory機制是否還有用
}
更新end_free爲start_free+total_bytes，heap_size爲2倍的total_bytes
調用chunk_alloc(size,nobj)
}
}
// 算法：deallocate
// 輸入：需要釋放的內存塊地址p和大小size
{
if(size 大於128字節)
直接調用free(p)釋放
else
{
將size向上取8的倍數，並據此獲取對應的空閒列表表頭指針free_list_head
調整free_list_head將p鏈入空閒列表塊中
}
}
圖1 某時刻allocator的狀態
圖2 分配24字節大小的內存塊
4、小結
STL中的內存分配器實際上是基於空閒列表(free list)的分配策略，最主要的特點是通過組織16個空閒列表，對小對象的分配做了優化。
1）小對象的快速分配和釋放。當一次性預先分配好一塊固定大小的內存池後，對小於128字節的小塊內存分配和釋放的操作只是一些基本的指針操作，相比於直接調用malloc/free，開銷小。
2）避免內存碎片的產生。零亂的內存碎片不僅會浪費內存空間，而且會給OS的內存管理造成壓力。
3）儘可能最大化內存的利用率。當內存池尚有的空閒區域不足以分配所需的大小時，分配算法會將其鏈入到對應的空閒列表中，然後會嘗試從空閒列表中尋找是否有合適大小的區域，
但是，這種內存分配器侷限於STL容器中使用，並不適合一個通用的內存分配。因爲它要求在釋放一個內存塊時，必須提供這個內存塊的大小，以便確定回收到哪個free list中，而STL容器是知道它所需分配的對象大小的，比如上述：
stl::vector<int> array;
array是知道它需要分配的對象大小爲sizeof(int)。一個通用的內存分配器是不需要知道待釋放內存的大小的，類似於free(p)。