C++設(shè)計(jì)一個(gè)簡單內(nèi)存池的全過程
什么是內(nèi)存池???
通常我們用new或malloc來分配內(nèi)存的話,由于申請(qǐng)的大小不確定,所以當(dāng)頻繁的使用時(shí)會(huì)造成內(nèi)存碎片和效率的降低。為了克服這種問題我們提出了內(nèi)存池的概念。內(nèi)存池是一種內(nèi)存分配方式。內(nèi)存池的優(yōu)點(diǎn)就是可以有效的減少內(nèi)存碎片化,分配內(nèi)存更快速,減少內(nèi)存泄漏等優(yōu)點(diǎn)。
內(nèi)存池是在真正使用內(nèi)存之前,先申請(qǐng)分配一個(gè)大的內(nèi)存塊留作備用。當(dāng)真正需要使用內(nèi)存的時(shí)候,就從內(nèi)存池中分配一塊內(nèi)存使用,當(dāng)使這塊用完了之后再還給內(nèi)存池。若是內(nèi)存塊不夠了就向內(nèi)存再申請(qǐng)一塊大的內(nèi)存塊。
可以看出這樣做有兩個(gè)好處:
1、由于向內(nèi)存申請(qǐng)的內(nèi)存塊都是比較大的,所以能夠降低外碎片問題。
2、一次性向內(nèi)存申請(qǐng)一塊大的內(nèi)存慢慢使用,避免了頻繁的向內(nèi)存請(qǐng)求內(nèi)存操作,提高內(nèi)存分配的效率。
內(nèi)存碎片化:
造成堆利用率很低的一個(gè)主要原因就是內(nèi)存碎片化。如果有未使用的存儲(chǔ)器,但是這塊存儲(chǔ)器不能用來滿足分配的請(qǐng)求,這時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片化問題。內(nèi)存碎片化分為內(nèi)部碎片和外部碎片。
內(nèi)碎片:
內(nèi)部碎片是指一個(gè)已分配的塊比有效載荷大時(shí)發(fā)生的。(舉個(gè)栗子:假設(shè)以前分配了10個(gè)大小的字節(jié),現(xiàn)在只用了5個(gè)字節(jié),則剩下的5個(gè)字節(jié)就會(huì)內(nèi)碎片)。內(nèi)部碎片的大小就是已經(jīng)分配的塊的大小和他們的有效載荷之差的和。因此內(nèi)部碎片取決于以前請(qǐng)求內(nèi)存的模式和分配器實(shí)現(xiàn)的模式。
外碎片: 外部碎片就是當(dāng)空閑的存儲(chǔ)器的和計(jì)起來足夠滿足一個(gè)分配請(qǐng)求,但是沒有一個(gè)單獨(dú)的空閑塊足夠大可以處理這個(gè)請(qǐng)求。外部碎片取決于以前的請(qǐng)求內(nèi)存的模式和分配器的實(shí)現(xiàn)模式,還取決于于將來的內(nèi)存請(qǐng)求模式。所以外部碎片難以量化。
下面介紹一種簡單的內(nèi)存池,它是針對(duì)于某種對(duì)象實(shí)現(xiàn)的。 我們可以用一個(gè)鏈表實(shí)現(xiàn)這個(gè)內(nèi)存池,鏈表上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都是一個(gè)對(duì)象池,如果我們需要申請(qǐng)空間的話,直接去內(nèi)存池里面申請(qǐng)空間,當(dāng)用完之后再還給內(nèi)存池。
內(nèi)存池的設(shè)計(jì)主要包含三步:
1、初始化
在創(chuàng)建內(nèi)存池的時(shí)候?yàn)閮?nèi)存池分配了一塊很大的內(nèi)存,便于以后的使用。
2、分配內(nèi)存
當(dāng)需要內(nèi)存的時(shí)候就去內(nèi)存池里面分配內(nèi)存。
3、回收內(nèi)存
當(dāng)從內(nèi)存池里面分配來的內(nèi)存使用完畢之后,需要將這塊內(nèi)存還給內(nèi)存池。
設(shè)計(jì)上面這個(gè)內(nèi)存池最重要的問題就是如何重復(fù)利用釋放回來的內(nèi)存,讓利用率達(dá)到最高???
但是如果當(dāng)對(duì)象的大小小于對(duì)象指針的時(shí)候,也就是一個(gè)對(duì)象的空間存不下一個(gè)指針的大小,這時(shí)候就不可避免的產(chǎn)生內(nèi)碎片。 例如:為T類型對(duì)象開辟對(duì)象池,sizeof(T)<sizeof(T*),這時(shí)候我們就要為一個(gè)T類型對(duì)象申請(qǐng)sizeof(T*)大小的內(nèi)存。
代碼實(shí)現(xiàn): #pragma once #include<iostream> using namespace std; //用鏈表來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存池,每一個(gè)結(jié)點(diǎn)都掛有一塊內(nèi)存 template<typename T> class ObjectPool { struct BlockNode //每一個(gè)結(jié)點(diǎn)類型 { void* _memory; //指向一塊已經(jīng)分配的內(nèi)存 BlockNode * _next; //指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn) size_t _objNum; //記錄這塊內(nèi)存中對(duì)象的個(gè)數(shù) BlockNode(size_t objNum) :_objNum(objNum) , _next(NULL) { _memory = malloc(_objNum*_itemSize); } ~BlockNode() { free(_memory); _memory = NULL; _next = NULL; _objNum = 0; } }; protected: size_t _countIn; //當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的在用的計(jì)數(shù) BlockNode* _frist; //指向鏈表的頭 BlockNode* _last; //指向鏈表的尾 size_t _maxNum; //記錄內(nèi)存塊最大的容量 static size_t _itemSize; //單個(gè)對(duì)象的大小 T* _lastDelete; //指向最新釋放的那個(gè)對(duì)象的空間 public: ObjectPool(size_t initNum = 32, size_t maxNum = 100000) //默認(rèn)最開始內(nèi)存塊有32個(gè)對(duì)象,一個(gè)內(nèi)存塊最大有maxNum個(gè)對(duì)象 :_countIn(0) , _maxNum(maxNum) , _lastDelete(NULL) { _frist = _last =new BlockNode(initNum); //先開辟一個(gè)結(jié)點(diǎn),這個(gè)結(jié)點(diǎn)里面的內(nèi)存塊能夠存放initNum個(gè)對(duì)象 } ~ObjectPool() { Destory(); } T* New() //分配內(nèi)存 { if (_lastDelete) //先到釋放已經(jīng)用完并且換回來的內(nèi)存中去找 { T* object = _lastDelete; _lastDelete = *((T**)_lastDelete); //將_lastDelete轉(zhuǎn)換成T**,*引用再取出來T*,也就是取出前T*類型大小的單元 return new(object) T(); //把這塊內(nèi)存用從定位new初始化一下 } //判斷還有沒有已經(jīng)分配的內(nèi)存且還未使用,如果沒有內(nèi)存的話就要再分配內(nèi)存 if (_countIn >= _last->_objNum) //大于等于表示沒有了,這時(shí)候就要分配內(nèi)存了 { size_t size =2*_countIn; if (size > _maxNum) //塊的最大大小不能超過maxNum,如果沒超過就以二倍增長 size = _maxNum; _last->_next = new BlockNode(size); _last = _last->_next; _countIn = 0; } //還有已經(jīng)分配好的未被使用的內(nèi)存 T* object =(T*)((char*)_last->_memory + _countIn*_itemSize); _countIn++; return new(object) T(); //將這塊空間用重定位new初始化一下 } void Destory() { BlockNode *cur = _frist; while (cur) { BlockNode* del = cur; cur = cur->_next; delete del; //會(huì)自動(dòng)調(diào)用~BlockNode() } _frist = _last = NULL; } void Delete(T* object) //釋放內(nèi)存 { if (object) { object->~T(); *((T**)object) = _lastDelete; //將_lastDelete里面保存的地址存到tmp指向空間的前T*大小的空間里面 _lastDelete = object; } } protected: static size_t GetItemSize() { if (sizeof(T)>sizeof(T*)) { return sizeof(T); } else { return sizeof(T*); } } }; template<typename T> size_t ObjectPool<T>::_itemSize =ObjectPool<T>::GetItemSize(); //類外初始化靜態(tài)變量_itemSize
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++設(shè)計(jì)一個(gè)簡單內(nèi)存池的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++設(shè)計(jì)內(nèi)存池內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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