C++內(nèi)存池的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、概述

在 C/C++ 中，內(nèi)存管理是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，我們?cè)诰帉?xiě)一個(gè)程序的時(shí)候幾乎不可避免的要遇到內(nèi)存的分配邏輯，這時(shí)候隨之而來(lái)的有這樣一些問(wèn)題：是否有足夠的內(nèi)存可供分配?分配失敗了怎么辦? 如何管理自身的內(nèi)存使用情況? 等等一系列問(wèn)題。在一個(gè)高可用的軟件中，如果我們僅僅單純的向操作系統(tǒng)去申請(qǐng)內(nèi)存，當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)存不足時(shí)就退出軟件，是明顯不合理的。正確的思路應(yīng)該是在內(nèi)存不足的時(shí)，考慮如何管理并優(yōu)化自身已經(jīng)使用的內(nèi)存，這樣才能使得軟件變得更加可用。本次項(xiàng)目我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)內(nèi)存池，并使用一個(gè)棧結(jié)構(gòu)來(lái)測(cè)試我們的內(nèi)存池提供的分配性能。最終，我們要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池在棧結(jié)構(gòu)中的性能，要遠(yuǎn)高于使用 std::allocator 和 std::vector，如下圖所示：

項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)

C++ 中的內(nèi)存分配器 std::allocator

內(nèi)存池技術(shù)

手動(dòng)實(shí)現(xiàn)模板鏈?zhǔn)綏?br /> 鏈?zhǔn)綏：土斜項(xiàng)５男阅鼙容^

內(nèi)存池簡(jiǎn)介

內(nèi)存池是池化技術(shù)中的一種形式。通常我們?cè)诰帉?xiě)程序的時(shí)候回使用 new delete 這些關(guān)鍵字來(lái)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存，而這樣造成的后果就是每次申請(qǐng)內(nèi)存和釋放內(nèi)存的時(shí)候，都需要和操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用打交道，從堆中分配所需的內(nèi)存。如果這樣的操作太過(guò)頻繁，就會(huì)找成大量的內(nèi)存碎片進(jìn)而降低內(nèi)存的分配性能，甚至出現(xiàn)內(nèi)存分配失敗的情況。

而內(nèi)存池就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生的一種技術(shù)。從內(nèi)存分配的概念上看，內(nèi)存申請(qǐng)無(wú)非就是向內(nèi)存分配方索要一個(gè)指針，當(dāng)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，

操作系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)雜的內(nèi)存管理調(diào)度之后，才能正確的分配出一個(gè)相應(yīng)的指針。而這個(gè)分配的過(guò)程中，我們還面臨著分配失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

所以，每一次進(jìn)行內(nèi)存分配，就會(huì)消耗一次分配內(nèi)存的時(shí)間，設(shè)這個(gè)時(shí)間為 T，那么進(jìn)行 n 次分配總共消耗的時(shí)間就是 nT；如果我們一開(kāi)始就確定好我們可能需要多少內(nèi)存，那么在最初的時(shí)候就分配好這樣的一塊內(nèi)存區(qū)域，當(dāng)我們需要內(nèi)存的時(shí)候，直接從這塊已經(jīng)分配好的內(nèi)存中使用即可，那么總共需要的分配時(shí)間僅僅只有 T。當(dāng) n 越大時(shí)，節(jié)約的時(shí)間就越多。

二、主函數(shù)設(shè)計(jì)

我們要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的內(nèi)存池，那么自然避免不了需要對(duì)比已有的內(nèi)存，而比較內(nèi)存池對(duì)內(nèi)存的分配性能，就需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)需要對(duì)內(nèi)存進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配的結(jié)構(gòu)（比如：鏈表?xiàng)＃?，為此，可以?xiě)出如下的代碼：

#include    // std::cout, std::endl#include     // assert()#include       // clock()#include      // std::vector
#include "MemoryPool.hpp"  // MemoryPool#include "StackAlloc.hpp"  // StackAlloc
// 插入元素個(gè)數(shù)#define ELEMS 10000000// 重復(fù)次數(shù)#define REPS 100
int main(){    clock_t start;
    // 使用 STL 默認(rèn)分配器    StackAlloc<int, std::allocator<int> > stackDefault;    start = clock();    for (int j = 0; j < REPS; j++) {        assert(stackDefault.empty());        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackDefault.push(i);        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackDefault.pop();    }    std::cout << "Default Allocator Time: ";    std::cout << (((double)clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC) << "

";
    // 使用內(nèi)存池    StackAlloc<int, MemoryPool<int> > stackPool;    start = clock();    for (int j = 0; j < REPS; j++) {        assert(stackPool.empty());        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackPool.push(i);        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackPool.pop();    }    std::cout << "MemoryPool Allocator Time: ";    std::cout << (((double)clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC) << "

";
    return 0;}

在上面的兩段代碼中，StackAlloc 是一個(gè)鏈表?xiàng)?，接受兩個(gè)模板參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是棧中的元素類型，第二個(gè)參數(shù)就是棧使用的內(nèi)存分配器。

因此，這個(gè)內(nèi)存分配器的模板參數(shù)就是整個(gè)比較過(guò)程中唯一的變量，使用默認(rèn)分配器的模板參數(shù)為 std::allocator，而使用內(nèi)存池的模板參數(shù)為 MemoryPool。

std::allocator 是 C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供的默認(rèn)分配器，他的特點(diǎn)就在于我們?cè)?使用 new 來(lái)申請(qǐng)內(nèi)存構(gòu)造新對(duì)象的時(shí)候，勢(shì)必要調(diào)用類對(duì)象的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，而使用 std::allocator 則可以將內(nèi)存分配和對(duì)象的構(gòu)造這兩部分邏輯給分離開(kāi)來(lái)，使得分配的內(nèi)存是原始、未構(gòu)造的。

下面我們來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)鏈表?xiàng)！?/p>

三、模板鏈表?xiàng)?/h2>

棧的結(jié)構(gòu)非常的簡(jiǎn)單，沒(méi)有什么復(fù)雜的邏輯操作，其成員函數(shù)只需要考慮兩個(gè)基本的操作：入棧、出棧。為了操作上的方便，我們可能還需要這樣一些方法：判斷棧是否空、清空棧、獲得棧頂元素。

#include template <typename T>struct StackNode_{  T data;  StackNode_* prev;};// T 為存儲(chǔ)的對(duì)象類型, Alloc 為使用的分配器, 并默認(rèn)使用 std::allocator 作為對(duì)象的分配器template <typename T, typename Alloc = std::allocator >class StackAlloc{  public:    // 使用 typedef 簡(jiǎn)化類型名    typedef StackNode_ Node;    typedef typename Alloc::template rebind::other allocator;
    // 默認(rèn)構(gòu)造    StackAlloc() { head_ = 0; }    // 默認(rèn)析構(gòu)    ~StackAlloc() { clear(); }
    // 當(dāng)棧中元素為空時(shí)返回 true    bool empty() {return (head_ == 0);}
    // 釋放棧中元素的所有內(nèi)存    void clear();
    // 壓棧    void push(T element);
    // 出棧    T pop();
    // 返回棧頂元素    T top() { return (head_->data); }
  private:    //     allocator allocator_;    // 棧頂    Node* head_;};

簡(jiǎn)單的邏輯諸如構(gòu)造、析構(gòu)、判斷棧是否空、返回棧頂元素的邏輯都非常簡(jiǎn)單，直接在上面的定義中實(shí)現(xiàn)了，下面我們來(lái)實(shí)現(xiàn) clear(), push() 和 pop() 這三個(gè)重要的邏輯：

// 釋放棧中元素的所有內(nèi)存void clear() {  Node* curr = head_;  // 依次出棧  while (curr != 0)  {    Node* tmp = curr->prev;    // 先析構(gòu), 再回收內(nèi)存    allocator_.destroy(curr);    allocator_.deallocate(curr, 1);    curr = tmp;  }  head_ = 0;}// 入棧void push(T element) {  // 為一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配內(nèi)存  Node* newNode = allocator_.allocate(1);  // 調(diào)用節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造函數(shù)  allocator_.construct(newNode, Node());
  // 入棧操作  newNode->data = element;  newNode->prev = head_;  head_ = newNode;}
// 出棧T pop() {  // 出棧操作 返回出棧元素  T result = head_->data;  Node* tmp = head_->prev;  allocator_.destroy(head_);  allocator_.deallocate(head_, 1);  head_ = tmp;  return result;}

至此，我們完成了整個(gè)模板鏈表?xiàng)?，現(xiàn)在我們可以先注釋掉 main() 函數(shù)中使用內(nèi)存池部分的代碼來(lái)測(cè)試這個(gè)連表?xiàng)５膬?nèi)存分配情況，我們就能夠得到這樣的結(jié)果：

在使用 std::allocator 的默認(rèn)內(nèi)存分配器中，在

#define ELEMS 10000000
#define REPS 100

的條件下，總共花費(fèi)了近一分鐘的時(shí)間。

如果覺(jué)得花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，不愿等待，則你嘗試可以減小這兩個(gè)值

總結(jié)

本節(jié)我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于測(cè)試性能比較的模板鏈表?xiàng)?，目前的代碼如下。在下一節(jié)中，我們開(kāi)始詳細(xì)實(shí)現(xiàn)我們的高性能內(nèi)存池。

// StackAlloc.hpp
#ifndef STACK_ALLOC_H#define STACK_ALLOC_H
#include 
template <typename T>struct StackNode_{  T data;  StackNode_* prev;};
// T 為存儲(chǔ)的對(duì)象類型, Alloc 為使用的分配器,// 并默認(rèn)使用 std::allocator 作為對(duì)象的分配器template <class T, class Alloc = std::allocator >class StackAlloc{  public:    // 使用 typedef 簡(jiǎn)化類型名    typedef StackNode_ Node;    typedef typename Alloc::template rebind::other allocator;
    // 默認(rèn)構(gòu)造    StackAlloc() { head_ = 0; }    // 默認(rèn)析構(gòu)    ~StackAlloc() { clear(); }
    // 當(dāng)棧中元素為空時(shí)返回 true    bool empty() {return (head_ == 0);}
    // 釋放棧中元素的所有內(nèi)存    void clear() {      Node* curr = head_;      while (curr != 0)      {        Node* tmp = curr->prev;        allocator_.destroy(curr);        allocator_.deallocate(curr, 1);        curr = tmp;      }      head_ = 0;    }
    // 入棧    void push(T element) {      // 為一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配內(nèi)存      Node* newNode = allocator_.allocate(1);      // 調(diào)用節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造函數(shù)      allocator_.construct(newNode, Node());
      // 入棧操作      newNode->data = element;      newNode->prev = head_;      head_ = newNode;    }
    // 出棧    T pop() {      // 出棧操作 返回出棧結(jié)果      T result = head_->data;      Node* tmp = head_->prev;      allocator_.destroy(head_);      allocator_.deallocate(head_, 1);      head_ = tmp;      return result;    }
    // 返回棧頂元素    T top() { return (head_->data); }
  private:    allocator allocator_;    Node* head_;};
#endif // STACK_ALLOC_H

// main.cpp
#include #include #include #include 
// #include "MemoryPool.hpp"#include "StackAlloc.hpp"
// 根據(jù)電腦性能調(diào)整這些值// 插入元素個(gè)數(shù)#define ELEMS 25000000// 重復(fù)次數(shù)#define REPS 50
int main(){    clock_t start;
    // 使用默認(rèn)分配器    StackAlloc<int, std::allocator<int> > stackDefault;    start = clock();    for (int j = 0; j < REPS; j++) {        assert(stackDefault.empty());        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackDefault.push(i);        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackDefault.pop();    }    std::cout << "Default Allocator Time: ";    std::cout << (((double)clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC) << "

";
    // 使用內(nèi)存池    // StackAlloc > stackPool;    // start = clock();    // for (int j = 0; j < REPS; j++) {    //     assert(stackPool.empty());    //     for (int i = 0; i < ELEMS; i++)    //       stackPool.push(i);    //     for (int i = 0; i < ELEMS; i++)    //       stackPool.pop();    // }    // std::cout << "MemoryPool Allocator Time: ";    // std::cout << (((double)clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC) << "

";
    return 0;}

二、設(shè)計(jì)內(nèi)存池

在上一節(jié)實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)谀０彐湵項(xiàng)Ｖ惺褂昧四J(rèn)構(gòu)造器來(lái)管理?xiàng)２僮髦械脑貎?nèi)存，一共涉及到了 rebind::other, allocate(), dealocate(), construct(), destroy()這些關(guān)鍵性的接口。所以為了讓代碼直接可用，我們同樣應(yīng)該在內(nèi)存池中設(shè)計(jì)同樣的接口：

#ifndef MEMORY_POOL_HPP#define MEMORY_POOL_HPP
#include #include 
template <typename T, size_t BlockSize = 4096>class MemoryPool{  public:    // 使用 typedef 簡(jiǎn)化類型書(shū)寫(xiě)    typedef T*              pointer;
    // 定義 rebind::other 接口    template <typename U> struct rebind {      typedef MemoryPool other;    };
    // 默認(rèn)構(gòu)造, 初始化所有的槽指針    // C++11 使用了 noexcept 來(lái)顯式的聲明此函數(shù)不會(huì)拋出異常    MemoryPool() noexcept {      currentBlock_ = nullptr;      currentSlot_ = nullptr;      lastSlot_ = nullptr;      freeSlots_ = nullptr;    }
    // 銷毀一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存池    ~MemoryPool() noexcept;
    // 同一時(shí)間只能分配一個(gè)對(duì)象, n 和 hint 會(huì)被忽略    pointer allocate(size_t n = 1, const T* hint = 0);
    // 銷毀指針 p 指向的內(nèi)存區(qū)塊    void deallocate(pointer p, size_t n = 1);
    // 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)    template <typename U, typename... Args>    void construct(U* p, Args&&... args);
    // 銷毀內(nèi)存池中的對(duì)象, 即調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)    template <typename U>    void destroy(U* p) {      p->~U();    }
  private:    // 用于存儲(chǔ)內(nèi)存池中的對(duì)象槽,     // 要么被實(shí)例化為一個(gè)存放對(duì)象的槽,     // 要么被實(shí)例化為一個(gè)指向存放對(duì)象槽的槽指針    union Slot_ {      T element;      Slot_* next;    };
    // 數(shù)據(jù)指針    typedef char* data_pointer_;    // 對(duì)象槽    typedef Slot_ slot_type_;    // 對(duì)象槽指針    typedef Slot_* slot_pointer_;
    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊    slot_pointer_ currentBlock_;    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的一個(gè)對(duì)象槽    slot_pointer_ currentSlot_;    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的最后一個(gè)對(duì)象槽    slot_pointer_ lastSlot_;    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的空閑對(duì)象槽    slot_pointer_ freeSlots_;
    // 檢查定義的內(nèi)存池大小是否過(guò)小    static_assert(BlockSize >= 2 * sizeof(slot_type_), "BlockSize too small.");};
#endif // MEMORY_POOL_HPP

在上面的類設(shè)計(jì)中可以看到，在這個(gè)內(nèi)存池中，其實(shí)是使用鏈表來(lái)管理整個(gè)內(nèi)存池的內(nèi)存區(qū)塊的。內(nèi)存池首先會(huì)定義固定大小的基本內(nèi)存區(qū)塊(Block)，然后在其中定義了一個(gè)可以實(shí)例化為存放對(duì)象內(nèi)存槽的對(duì)象槽（Slot_）和對(duì)象槽指針的一個(gè)聯(lián)合。然后在區(qū)塊中，定義了四個(gè)關(guān)鍵性質(zhì)的指針，它們的作用分別是：

currentBlock_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的指針

currentSlot_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的對(duì)象槽

lastSlot_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的最后一個(gè)對(duì)象槽

freeSlots_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中所有空閑的對(duì)象槽

梳理好整個(gè)內(nèi)存池的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之后，我們就可以開(kāi)始實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性的邏輯了。

三、實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::construct() 實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::construct() 的邏輯是最簡(jiǎn)單的，我們需要實(shí)現(xiàn)的，僅僅只是調(diào)用信件對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)即可，因此：

// 調(diào)用構(gòu)造函數(shù), 使用 std::forward 轉(zhuǎn)發(fā)變參模板template <typename U, typename... Args>void construct(U* p, Args&&... args) {    new (p) U (std::forward(args)...);}

MemoryPool::deallocate() 實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::deallocate() 是在對(duì)象槽中的對(duì)象被析構(gòu)后才會(huì)被調(diào)用的，主要目的是銷毀內(nèi)存槽。其邏輯也不復(fù)雜：

// 銷毀指針 p 指向的內(nèi)存區(qū)塊void deallocate(pointer p, size_t n = 1) {  if (p != nullptr) {    // reinterpret_cast 是強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換符    // 要訪問(wèn) next 必須強(qiáng)制將 p 轉(zhuǎn)成 slot_pointer_    reinterpret_cast(p)->next = freeSlots_;    freeSlots_ = reinterpret_cast(p);  }}

MemoryPool::~MemoryPool() 實(shí)現(xiàn)

析構(gòu)函數(shù)負(fù)責(zé)銷毀整個(gè)內(nèi)存池，因此我們需要逐個(gè)刪除掉最初向操作系統(tǒng)申請(qǐng)的內(nèi)存塊：

// 銷毀一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存池~MemoryPool() noexcept {  // 循環(huán)銷毀內(nèi)存池中分配的內(nèi)存區(qū)塊  slot_pointer_ curr = currentBlock_;  while (curr != nullptr) {    slot_pointer_ prev = curr->next;    operator delete(reinterpret_cast<void*>(curr));    curr = prev;  }}

MemoryPool::allocate() 實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::allocate() 毫無(wú)疑問(wèn)是整個(gè)內(nèi)存池的關(guān)鍵所在，但實(shí)際上理清了整個(gè)內(nèi)存池的設(shè)計(jì)之后，其實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜。具體實(shí)現(xiàn)如下：

// 同一時(shí)間只能分配一個(gè)對(duì)象, n 和 hint 會(huì)被忽略pointer allocate(size_t n = 1, const T* hint = 0) {  // 如果有空閑的對(duì)象槽，那么直接將空閑區(qū)域交付出去  if (freeSlots_ != nullptr) {    pointer result = reinterpret_cast(freeSlots_);    freeSlots_ = freeSlots_->next;    return result;  } else {    // 如果對(duì)象槽不夠用了，則分配一個(gè)新的內(nèi)存區(qū)塊    if (currentSlot_ >= lastSlot_) {      // 分配一個(gè)新的內(nèi)存區(qū)塊，并指向前一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊      data_pointer_ newBlock = reinterpret_cast(operator new(BlockSize));      reinterpret_cast(newBlock)->next = currentBlock_;      currentBlock_ = reinterpret_cast(newBlock);      // 填補(bǔ)整個(gè)區(qū)塊來(lái)滿足元素內(nèi)存區(qū)域的對(duì)齊要求      data_pointer_ body = newBlock + sizeof(slot_pointer_);      uintptr_t result = reinterpret_cast<uintptr_t>(body);      size_t bodyPadding = (alignof(slot_type_) - result) % alignof(slot_type_);      currentSlot_ = reinterpret_cast(body + bodyPadding);      lastSlot_ = reinterpret_cast(newBlock + BlockSize - sizeof(slot_type_) + 1);    }    return reinterpret_cast(currentSlot_++);  }}

四、與 std::vector 的性能對(duì)比

我們知道，對(duì)于棧來(lái)說(shuō)，鏈棧其實(shí)并不是最好的實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的棧不可避免的會(huì)涉及到指針相關(guān)的操作，同時(shí)，還會(huì)消耗一定量的空間來(lái)存放節(jié)點(diǎn)之間的指針。事實(shí)上，我們可以使用 std::vector 中的 push_back() 和 pop_back() 這兩個(gè)操作來(lái)模擬一個(gè)棧，我們不妨來(lái)對(duì)比一下這個(gè) std::vector 與我們所實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池在性能上誰(shuí)高誰(shuí)低，我們?cè)?主函數(shù)中加入如下代碼：

// 比較內(nèi)存池和 std::vector 之間的性能    std::vector<int> stackVector;    start = clock();    for (int j = 0; j < REPS; j++) {        assert(stackVector.empty());        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackVector.push_back(i);        for (int i = 0; i < ELEMS; i++)          stackVector.pop_back();    }    std::cout << "Vector Time: ";    std::cout << (((double)clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC) << "

";

這時(shí)候，我們重新編譯代碼，就能夠看出這里面的差距了：

首先是使用默認(rèn)分配器的鏈表?xiàng)Ｋ俣茸盥?，其次是使?std::vector 模擬的棧結(jié)構(gòu)，在鏈表?xiàng)５幕A(chǔ)上大幅度削減了時(shí)間。

std::vector 的實(shí)現(xiàn)方式其實(shí)和內(nèi)存池較為類似，在 std::vector 空間不夠用時(shí)，會(huì)拋棄現(xiàn)在的內(nèi)存區(qū)域重新申請(qǐng)一塊更大的區(qū)域，并將現(xiàn)在內(nèi)存區(qū)域中的數(shù)據(jù)整體拷貝一份到新區(qū)域中。

最后，對(duì)于我們實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池，消耗的時(shí)間最少，即內(nèi)存分配性能最佳，完成了本項(xiàng)目。

總結(jié)

本節(jié)中，我們實(shí)現(xiàn)了我們上節(jié)實(shí)驗(yàn)中未實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池，完成了整個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)。這個(gè)內(nèi)存池不僅精簡(jiǎn)而且高效，整個(gè)內(nèi)存池的完整代碼如下：

#ifndef MEMORY_POOL_HPP#define MEMORY_POOL_HPP
#include #include 
template <typename T, size_t BlockSize = 4096>class MemoryPool{  public:    // 使用 typedef 簡(jiǎn)化類型書(shū)寫(xiě)    typedef T*              pointer;
    // 定義 rebind::other 接口    template <typename U> struct rebind {      typedef MemoryPool other;    };
    // 默認(rèn)構(gòu)造    // C++11 使用了 noexcept 來(lái)顯式的聲明此函數(shù)不會(huì)拋出異常    MemoryPool() noexcept {      currentBlock_ = nullptr;      currentSlot_ = nullptr;      lastSlot_ = nullptr;      freeSlots_ = nullptr;    }
    // 銷毀一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存池    ~MemoryPool() noexcept {      // 循環(huán)銷毀內(nèi)存池中分配的內(nèi)存區(qū)塊      slot_pointer_ curr = currentBlock_;      while (curr != nullptr) {        slot_pointer_ prev = curr->next;        operator delete(reinterpret_cast<void*>(curr));        curr = prev;      }    }
    // 同一時(shí)間只能分配一個(gè)對(duì)象, n 和 hint 會(huì)被忽略    pointer allocate(size_t n = 1, const T* hint = 0) {      if (freeSlots_ != nullptr) {        pointer result = reinterpret_cast(freeSlots_);        freeSlots_ = freeSlots_->next;        return result;      }      else {        if (currentSlot_ >= lastSlot_) {          // 分配一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊          data_pointer_ newBlock = reinterpret_cast(operator new(BlockSize));          reinterpret_cast(newBlock)->next = currentBlock_;          currentBlock_ = reinterpret_cast(newBlock);          data_pointer_ body = newBlock + sizeof(slot_pointer_);          uintptr_t result = reinterpret_cast<uintptr_t>(body);          size_t bodyPadding = (alignof(slot_type_) - result) % alignof(slot_type_);          currentSlot_ = reinterpret_cast(body + bodyPadding);          lastSlot_ = reinterpret_cast(newBlock + BlockSize - sizeof(slot_type_) + 1);        }        return reinterpret_cast(currentSlot_++);      }    }
    // 銷毀指針 p 指向的內(nèi)存區(qū)塊    void deallocate(pointer p, size_t n = 1) {      if (p != nullptr) {        reinterpret_cast(p)->next = freeSlots_;        freeSlots_ = reinterpret_cast(p);      }    }
    // 調(diào)用構(gòu)造函數(shù), 使用 std::forward 轉(zhuǎn)發(fā)變參模板    template <typename U, typename... Args>    void construct(U* p, Args&&... args) {      new (p) U (std::forward(args)...);    }
    // 銷毀內(nèi)存池中的對(duì)象, 即調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)    template <typename U>    void destroy(U* p) {      p->~U();    }
  private:    // 用于存儲(chǔ)內(nèi)存池中的對(duì)象槽    union Slot_ {      T element;      Slot_* next;    };
    // 數(shù)據(jù)指針    typedef char* data_pointer_;    // 對(duì)象槽    typedef Slot_ slot_type_;    // 對(duì)象槽指針    typedef Slot_* slot_pointer_;
    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊    slot_pointer_ currentBlock_;    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的一個(gè)對(duì)象槽    slot_pointer_ currentSlot_;    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的最后一個(gè)對(duì)象槽    slot_pointer_ lastSlot_;    // 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的空閑對(duì)象槽    slot_pointer_ freeSlots_;    // 檢查定義的內(nèi)存池大小是否過(guò)小    static_assert(BlockSize >= 2 * sizeof(slot_type_), "BlockSize too small.");};
#endif // MEMORY_POOL_HPP

實(shí)驗(yàn)來(lái)源：shiyanlou.com/courses/r

項(xiàng)目來(lái)源：github.com/cacay/Memory

　　審核編輯：湯梓紅

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操作系統(tǒng)(121698) 操作系統(tǒng)(121698)
C++(72840) C++(72840)
內(nèi)存管理(14042) 內(nèi)存管理(14042)

評(píng)論

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2022-02-11 06:17:08

如何在MDK中使用C++，整理的經(jīng)驗(yàn)

。三：C++中相對(duì)于C獨(dú)有的new以及堆地址設(shè)置及內(nèi)存分配問(wèn)題。（當(dāng)然，如果不必使用new功能，則可以不分配堆空間）這個(gè)new 就是從堆里取一塊內(nèi)存空間，并執(zhí)行類的構(gòu)造函數(shù)。那么這里就要涉及到堆

2016-03-10 15:32:56

如何在使用Inspector運(yùn)行OpenVINO C++樣本時(shí)避免內(nèi)存泄露？

運(yùn)行OpenVINO? 圖像分類 Async C++示例帶英特爾? Inspector用于檢查內(nèi)存問(wèn)題。使用命令： $ pwd /home/centos

2023-08-15 06:18:58

如何學(xué)習(xí)C++，如何學(xué)好C++

最近，很多學(xué)員都給我發(fā)郵件問(wèn)我應(yīng)該如何學(xué)習(xí)C++，如何學(xué)好C++？那么作為一個(gè)從C語(yǔ)言小白摸爬滾打、入坑無(wú)數(shù)到成長(zhǎng)為如今的高級(jí)C++游戲開(kāi)發(fā)工程師、高級(jí)C++服務(wù)端工程師、項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)總監(jiān)、我想跟

2021-08-20 06:27:53

如何完備地實(shí)現(xiàn)C++多態(tài)性？

如何完備地實(shí)現(xiàn)C++多態(tài)性？虛函數(shù)怎么使用？

2021-04-28 06:44:30

如何用C++編寫(xiě)流水燈程序？

為什么很少用C++開(kāi)發(fā)單片機(jī)？如何用C++編寫(xiě)流水燈程序？

2021-09-30 08:27:06

學(xué)習(xí)C++的方法以及C++的就業(yè)方向

學(xué)習(xí)方向：嵌入式+人工智能嵌入式是一門技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.嵌入式開(kāi)發(fā)概述；（面向?qū)ο笤谇度胧介_(kāi)發(fā)中角色）2.嵌入式Linux C++編程；（C++概述、C++學(xué)習(xí)方法、C++開(kāi)發(fā)工具）3.C到C++升級(jí)

2021-12-24 07:32:38

學(xué)習(xí)c++和Java

不知道現(xiàn)在是該學(xué)c++還是Java，有一定的c++基礎(chǔ)，

2014-03-01 10:30:58

學(xué)習(xí)c++的經(jīng)驗(yàn)分享！

轉(zhuǎn)自：http://www.cndzz.com/download/4094_0/111678.html 學(xué)習(xí)學(xué)好c++的50條忠告1.把C++當(dāng)成一門新的語(yǔ)言學(xué)習(xí)（和C沒(méi)啥關(guān)系！真的。）；2.看

2019-10-08 03:46:47

嵌入式C++編程的相關(guān)資料分享

編程特性來(lái)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)您將了解如何將您的系統(tǒng)與外部外圍設(shè)備以及使用驅(qū)動(dòng)程序的有效方式集成指導(dǎo)您測(cè)試和優(yōu)化代碼以獲得更好的性能并實(shí)現(xiàn)有用的設(shè)計(jì)模式將了解如何使用 Qt，這是用于構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的流行 GUI 庫(kù)。內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)介紹C++ 作為嵌入式語(yǔ)言開(kāi)發(fā)嵌入式 Linux 和類似系統(tǒng)資

2021-11-09 08:26:24

嵌入式開(kāi)發(fā)中為什么選擇C++語(yǔ)言

一、C++概述1.嵌入式開(kāi)發(fā)中為什么選擇C++語(yǔ)言？（1）面向過(guò)程編程的特點(diǎn)C語(yǔ)言特點(diǎn)：C語(yǔ)言是在實(shí)踐的過(guò)程中逐步完善的·沒(méi)有深思熟慮的設(shè)計(jì)過(guò)程·使用時(shí)存在很多“灰色地帶”……·殘留量過(guò)多低級(jí)語(yǔ)言的特征·直接利用指針進(jìn)行內(nèi)存操作……面向過(guò)程的編程特點(diǎn)：面向過(guò)...

2021-10-27 08:25:45

常用的C/C++接口函數(shù)有哪些

通過(guò)前面的講述，我們可以了解到sqlite3是一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫(kù)，功能上還是比較強(qiáng)大的，代碼量少，運(yùn)行占內(nèi)存也比較少，采用C 編寫(xiě)，所以天生適合嵌入式系統(tǒng)中，尤其是嵌入式linux，相當(dāng)支持

2021-11-04 08:43:48

怎樣用C語(yǔ)言（及少量C++）實(shí)現(xiàn)火柴人打羽毛球

分享20級(jí)同學(xué)大一上學(xué)期用C語(yǔ)言（及少量C++）實(shí)現(xiàn)的火柴人打羽毛球。由于同學(xué)們剛學(xué)了三個(gè)月的編程，實(shí)現(xiàn)還不夠完善，工程代碼、圖片音樂(lè)素材可以從百度網(wǎng)盤下載：設(shè)計(jì)思路本游戲參考網(wǎng)絡(luò)上的同名游戲，通過(guò)c語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)。游戲中玩家通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。游戲主體框架采用老師講過(guò)的思路...

2021-07-20 07:54:23

有誰(shuí)知道C++固件的好例子嗎？

我決定在 STM32 Arm Cortex M4 微控制器上用 C++ 實(shí)現(xiàn)我的固件。但是，我發(fā)現(xiàn)很難開(kāi)始。我缺乏好的例子和學(xué)習(xí)工具。有誰(shuí)知道 C++ 固件的好例子？

2023-01-03 06:58:03

貓池是什么短信貓池使用方法

貓池是什么短信貓池使用方法能自動(dòng)完成移動(dòng)、電信、聯(lián)通KPI考核服務(wù)的《伊卡通9.6》系統(tǒng)，伊卡通自消費(fèi)軟件是圍繞移動(dòng)KPI指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一款軟件產(chǎn)品，該款軟件可配合相關(guān)的貓池設(shè)備(如我們的8

2012-04-23 15:38:34

用C++實(shí)現(xiàn)的經(jīng)典小游戲源代碼

用C++實(shí)現(xiàn)的經(jīng)典小游戲源代碼

2012-08-20 15:31:17

線程池是如何實(shí)現(xiàn)的

線程池的概念是什么？線程池是如何實(shí)現(xiàn)的？

2022-02-28 06:20:59

詳細(xì)講解C++串口的相關(guān)知識(shí)

大家可以先參考一下這篇blog，C++串口通信里面詳細(xì)講解了C++串口的相關(guān)知識(shí)，以及一些函數(shù)的講解。下面我也會(huì)根據(jù)他的blog再講解。二、實(shí)現(xiàn)過(guò)程1、打開(kāi)串口：使用函數(shù)：HANDLE CreateFile（）；HANDLE CreateFile（LPCTSTRlpFileNameDWORD

2021-08-24 06:56:34

請(qǐng)問(wèn)STM32 C++底層封裝怎么實(shí)現(xiàn)？

DMA和中斷為什么使用指針？請(qǐng)問(wèn)STM32 C++底層封裝怎么實(shí)現(xiàn)？

2021-11-22 06:08:37

請(qǐng)問(wèn)一下軸角與旋轉(zhuǎn)矩陣轉(zhuǎn)換的C++是怎么實(shí)現(xiàn)的？

請(qǐng)問(wèn)一下軸角與旋轉(zhuǎn)矩陣轉(zhuǎn)換的C++是怎么實(shí)現(xiàn)的？

2021-10-20 06:16:15

請(qǐng)問(wèn)戰(zhàn)艦LWIP移植是怎么實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理的？

如題，最近在移植LWIP，參考原子戰(zhàn)艦V3，由于我的系統(tǒng)沒(méi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理，因此，涉及到malloc的函數(shù)我全部使用全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)來(lái)開(kāi)辟空間（暫時(shí)先這么粗略地實(shí)現(xiàn)），但對(duì)內(nèi)存池的內(nèi)存分配我實(shí)現(xiàn)是沒(méi)看明白，在

2019-09-02 04:36:26

請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)有這個(gè)內(nèi)存的C/C++驅(qū)動(dòng)程序？

你好！我在一個(gè)嵌入式項(xiàng)目中使用CY15B104Q FRAM。有誰(shuí)有這個(gè)內(nèi)存的C/C++驅(qū)動(dòng)程序嗎？以上來(lái)自于百度翻譯以下為原文Hello! I'm using CY15B104Q FRAM

2019-06-28 09:20:28

阿里云SDK再升級(jí)，宣布支持C++語(yǔ)言

讓C++ 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)者更加便捷地使用SDK調(diào)用產(chǎn)品API來(lái)操作產(chǎn)品，包括二次開(kāi)發(fā)、自動(dòng)化運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)等。點(diǎn)此查看原文：http://click.aliyun.com/m/41955/日前，阿里云官方SDK

2018-02-08 13:48:34

高質(zhì)量c++ c編程指南

高質(zhì)量c++ c編程指南軟件質(zhì)量是被大多數(shù)程序員掛在嘴上而不是放在心上的東西！除了完全外行和真正的編程高手外，初讀本書(shū)，你最先的感受將是驚慌：“哇！我以前捏造的C++/C 程序怎么會(huì)有那么多的毛病

2008-06-27 10:22:25

C++內(nèi)存泄漏

C++內(nèi)存分配與釋放均由用戶代碼自行控制，靈活的機(jī)制有如潘多拉之盒，即讓程序員有了更廣的發(fā)揮空間，也產(chǎn)生了代代相傳的內(nèi)存泄漏問(wèn)題。對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，最常

2010-09-15 17:39:56

為什么 C 語(yǔ)言沒(méi)有被 C++ 取代？

C++

電路設(shè)計(jì)發(fā)布于 2022-12-28 19:17:25

C++數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：插入排序代碼實(shí)現(xiàn)

C++

電路設(shè)計(jì)發(fā)布于 2023-01-05 15:44:58

C++數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：快速排序代碼實(shí)現(xiàn)

C++

電路設(shè)計(jì)發(fā)布于 2023-01-05 15:46:16

C++數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：隊(duì)列的順序存儲(chǔ)框架實(shí)現(xiàn)

C++

電路設(shè)計(jì)發(fā)布于 2023-01-05 15:50:36

C++游戲逆向輔助 CSGO_透視的實(shí)現(xiàn)

C++

電路設(shè)計(jì)發(fā)布于 2023-01-10 13:37:05

C語(yǔ)言C++常見(jiàn)學(xué)習(xí)問(wèn)題

C++

電路設(shè)計(jì)發(fā)布于 2023-01-10 14:07:23

C++小白自學(xué)基礎(chǔ)教程之c++類型類型檢查加強(qiáng)12

C++

電子學(xué)習(xí)發(fā)布于 2023-01-12 21:19:47

C++小白自學(xué)基礎(chǔ)教程之類的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試06

C++

電子學(xué)習(xí)發(fā)布于 2023-01-12 21:27:24

C++內(nèi)存泄漏分析方法

C++是一種非常流行的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，在使用的過(guò)程中容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏問(wèn)題，而該問(wèn)題往往難以識(shí)別。給出了一種對(duì)C++內(nèi)存泄漏問(wèn)題進(jìn)行分析的方法，該方法得到C++源代碼的抽象語(yǔ)法樹(shù)，從抽象語(yǔ)法樹(shù)中提

2017-11-23 11:19:03

C++內(nèi)存管理技術(shù)的詳細(xì)資料說(shuō)明

內(nèi)存管理是C++最令人切齒痛恨的問(wèn)題，也是C++最有爭(zhēng)議的問(wèn)題，C++高手從中獲得了更好的性能，更大的自由，c++菜鳥(niǎo)的收獲則是一遍一遍的檢查代碼和對(duì)C++的痛恨，但內(nèi)存管理在C++中無(wú)處不在，內(nèi)存

2020-03-14 08:00:00

C++常見(jiàn)設(shè)計(jì)模式解析與實(shí)現(xiàn)

C++常見(jiàn)設(shè)計(jì)模式解析與實(shí)現(xiàn)說(shuō)明。

2021-06-01 15:44:52

虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):C\C++

虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):C\C++

2022-02-21 15:10:39

Linux內(nèi)存泄漏檢測(cè)實(shí)現(xiàn)原理與實(shí)現(xiàn)

在使用沒(méi)有垃圾回收的語(yǔ)言時(shí)（如 C/C++），可能由于忘記釋放內(nèi)存而導(dǎo)致內(nèi)存被耗盡，這叫 內(nèi)存泄漏。

2023-07-03 09:21:11

403

C++內(nèi)存管理operator new和placement new

最近在看一些C++資料的過(guò)程中，說(shuō)到在初始化列表中使用關(guān)鍵字new來(lái)分配新內(nèi)存不是異常安全的，應(yīng)該使用運(yùn)算符new。

2023-07-22 09:58:35

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Linux C/C++編程中的內(nèi)存泄漏問(wèn)題

，需要對(duì)各種編程語(yǔ)言和技術(shù)有深入的理解。而C++，作為一種高性能的編程語(yǔ)言，在許多領(lǐng)域（如網(wǎng)絡(luò)編程、嵌入式系統(tǒng)、音視頻處理等）都發(fā)揮著不可忽視的作用。然而，許多C++程序員在編程過(guò)程中，尤其是在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)遇到一些棘手的問(wèn)題，如內(nèi)存泄漏。內(nèi)存泄漏不僅會(huì)降低程序的運(yùn)行效率，還可

2023-11-09 10:11:14

316

C++內(nèi)存管理問(wèn)題

寫(xiě)服務(wù)端的，內(nèi)存是一個(gè)繞不過(guò)的問(wèn)題，而用C++寫(xiě)的，這個(gè)問(wèn)題就顯得更嚴(yán)重。進(jìn)程的內(nèi)存持續(xù)上漲，有可能是正常的內(nèi)存占用，也有可能是內(nèi)存碎片，而C++寫(xiě)的，還有可能是內(nèi)存泄漏，那就需要一些方法來(lái)檢測(cè)

2023-11-13 11:13:14

224

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C++內(nèi)存池的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、概述

二、主函數(shù)設(shè)計(jì)

總結(jié)

三、實(shí)現(xiàn)

評(píng)論

二、主函數(shù)設(shè)計(jì)