C++ 內存池 (代碼)

1、內存池的主要作用，簡單地說來，便是提高內存的使用效率。堆內存的申請與釋放（new/delete及malloc/free），涉及復雜的內存分配算法，相比由簡單CPU指令支持的棧內存的申請與釋放，則是慢上了數量級。另一方面，棧的大小是有限制的，在需要大量內存的操作時，堆的使用是必要的。當然，頻繁地申請與釋放堆內存，效率是很低的，這也就是內存池出現(xiàn)的原因。類似std:vector容器，在向vector里添加一個元素之前，該容器往往提前申請了一大塊內存，實際添加時就只需要拿出其中一小塊來使用，不用每添加一個都使用new一次。內存池所做的，也就是一次申請一塊大內存，然后再小塊小塊地拿出來用：一次申請NM

2、大小的內存，必然比N次申請M大小的內存要快，這就是內存池高效的簡單解釋。一般來說，內存池可以按兩種維度劃分：單線程與多線程，可變大小和固定大小。其中最簡單的單線程固定大小的內存池。這類內存池只考慮單線程的程序，分配與回收的對象都是固定大小的。這個簡單的內存池類模板聲明如下： template<typename T, int BaseSize=32> class SimpleMemPool private: #pragma pack(push, 1) union ObjectChunk ObjectChunk * next; char bufsizeof(T); ; struct M

3、emBlock MemBlock* next; ObjectChunk chunksBaseSize; ; #pragma pack(pop) SimpleMemPool(const SimpleMemPool<T, BaseSize> &) ; MemBlock * head; ObjectChunk * freeChunk; public: SimpleMemPool(); SimpleMemPool(); T* New(); void Delete(T* t); ; template<typename T, int BaseSize=32>class Si

4、mpleMemPool private:#pragma pack(push, 1)union ObjectChunkObjectChunk * next;char bufsizeof(T);struct MemBlockMemBlock* next;ObjectChunk chunksBaseSize;#pragma pack(pop)SimpleMemPool(const SimpleMemPool<T, BaseSize> &) ;MemBlock * head;ObjectChunk * freeChunk;public:SimpleMemPool();SimpleM

5、emPool();T* New();void Delete(T* t); 該內存池類模板實例化之后，產生一個只用于申請對象T的內存池。創(chuàng)建對象的方法是T* New()，刪除對象的方法是void Delete(T *)。類模板中還定義了兩個數據結構及兩個成員變量，還禁止了內存池的拷貝構造。對于這種內存池，它有兩層的鏈表結構：第一層是內存塊鏈表（MemBlock），由成員head為頭，把內存池中申請的大塊內存串接起來。MemBlock結構的next指針指向了下一個內存塊，chunks則為BaseSize個ObjectChunk對象。該鏈表的每個結點都是內存池進行一次申請得到的大內存塊；第二層為自由

6、內存塊鏈表（ObjectChunk），由freeChunk為頭指針串著，該鏈表的每一個結點，都是一個可以使用的小內存塊。大體結構如下圖（BaseSize為5）所示：當用戶向內存池申請一個對象T時，內存池會檢查freeChunk是否為NULL。不為NULL時，表示還有自由的小內存塊（ObjectChunk）可供使用，將它返回給用戶，并將freeChunk移到下一個自由內存塊；若freeChunk為NULL，則內存池需要使用new/malloc從申請一塊大內存（MemBlock），然后將其中的BaseSize個ObjectChunk都串連上形成鏈表，再將freeChunk做為頭指針。這時freeC

7、hunk不為NULL了，可以提供給用戶一塊小內存了（具體即是，取出鏈表的首結點）。view plaincopy to clipboardprint?template<> class SimpleMemPool T* New() if (!freeChunk) MemBlock * t = new MemBlock; t->next = head; head = t; for(unsigned int i=0; i<BaseSize-1;+i) head->chunksi.next = & (head->chunksi+1); head->chu

8、nksBaseSize-1.next = 0; freeChunk = & (head->chunks0); ObjectChunk * t = freeChunk; freeChunk = freeChunk->next; return reinterpret_cast<T*>(t); ; template<>class SimpleMemPoolT* New()if (!freeChunk)MemBlock * t = new MemBlock;t->next = head;head = t;for(unsigned int i=0; i&

9、lt;BaseSize-1;+i)head->chunksi.next = & (head->chunksi+1);head->chunksBaseSize-1.next = 0;freeChunk = & (head->chunks0); ObjectChunk * t = freeChunk;freeChunk = freeChunk->next;return reinterpret_cast<T*>(t); 當用戶不再使用某塊小內存時，需要調用Delete方法。此時，內存池把用戶不用的小塊內存，重新連接到以freeChunk為首指

10、針的鏈表中就行了（將結點插入鏈表的首位置）。代碼如下：view plaincopy to clipboardprint?template<> class SimpleMemPool void Delete(T* t) ObjectChunk * chunk = reinterpret_cast<ObjectChunk*>(t); chunk->next= freeChunk; freeChunk = chunk; ; template<>class SimpleMemPoolvoid Delete(T* t)ObjectChunk * chunk =

11、reinterpret_cast<ObjectChunk*>(t);chunk->next= freeChunk;freeChunk = chunk; 當內存池不在使用時，析構釋放全部內存，此時只需要釋放head為首指針的鏈表的每個結點（遍歷刪除）。代碼如下：view plaincopy to clipboardprint?template<> class SimpleMemPool() SimpleMemPool() while(head) MemBlock * t = head; head = head->next; delete t; template

12、<>class SimpleMemPool()SimpleMemPool()while(head)MemBlock * t = head;head = head->next;delete t; 實現(xiàn)中，需要注意的是ObjectChunk的雙重身份：當它是自由內存塊，還未分配給用戶時，它是ObjectChunk的數據結構，包含一個鏈表指針，用于串連；當它分配給用戶時，它退出了自由內存塊鏈表，它被強制轉換為T類型（代碼中用了reinterpret_cast操作符號強制轉換），此時便不再有ObjectChunk里的數據，不再需要鏈表指針。所以ObjectChunk結構的大小，應該大

13、于或等于T類型的大?。ǔ霈F(xiàn)大于情況，是因為ObjectChunk最小也必須包含一個指針大小，而T類型卻小于一個指針大?。?。#pragma pack指令的使用，便是盡量使ObjectChunk的大小符合我們的預期（MemBlock也一樣）當用戶不再使用T類型對象時，便調用了Delete(T*)，此時，T類型里的數據內容都不再重要了，強制變?yōu)镺bjectChunk后，把其內容覆蓋，使用前幾個字節(jié)作為指針，又加入自由內存鏈表中。總體說來，這個簡單的內存池，僅僅實現(xiàn)了一次（向系統(tǒng)）申請，多次分配（給用戶）的功能。對于大內存塊（MemBlock），采取的方法是只申不放，僅在內存池銷毀時才一次性全部釋放。

14、這樣的策略僅僅適用于內存申請與釋放頻繁，且內存充足的情況。而多線程，可變大小的情況，也需要更多考慮。附完整代碼： template<typename T, int BaseSize=32> class SimpleMemPool private: #pragma pack(push, 1) union ObjectChunk ObjectChunk * next; char buf sizeof(T); ; struct MemBlock MemBlock* next; ObjectChunk chunksBaseSize; ; #pragma pack(pop) SimpleMe

15、mPool(const SimpleMemPool<T, BaseSize> &) MemBlock * head; ObjectChunk * freeChunk; public: SimpleMemPool() : head(0), freeChunk(0) SimpleMemPool() while(head) MemBlock * t = head; head = head->next; delete t; T* New() if (!freeChunk) MemBlock * t = new MemBlock; t->next = head; head = t; for(unsigned int i=0; i<BaseSize-1;+i) head->chunksi.next = & (head->chunksi+1); head->chunksBaseSize-1.next = 0; freeChunk = & (h