一个简单定长内存池的设计实现
主要分为 3 个部分，memoryPool 是管理内存池类，block 表示内存块，chunk 表示每个存储小块。它们之间的关系为，memoryPool 中有一个指针指向某一起始 block，block 之前通过 next 指针构成链表结构的连接，每个 block 包含指定数量的 chunk。每次分配内存的时候，分配 chunk 中的数据地址。
主要数据结构设计：
Block：
struct block { block * next;//指向下一个block指针 unsigned int numofChunks; unsigned int numofFreeChunks;//剩余free的chunk数量 unsigned int blockNum;//该block的编号 char * data; queue<int> freepos; //记录可用chunk序号 };
MemoryPool：
class memoryPool { unsigned int initNumofChunks; //每个block的chunk数量 unsigned int chunkSize;//每个chunk的数据大小 unsigned int steps;//每次扩展的chunk数量 unsigned int numofBlocks;//当前管理多少个blocks block * blocksPtr;//指向起始block block * blocksPtrTail;//指向末尾block block * firstHasFreeChunksBlock;//指向第一个不为空的block };
Chunk：
ChunkNum：该 chunk 所在 block 里的编号
blockAddress: 该 chunk 所对应的 block，主要用于 free 这个 chunk 的时候，能够快速找到所属 block，并进行相应更新
data：实际供使用的数据起始位置
关键操作说明：
内存分配：
从 firstHasFreeChunksBlock 开始查找第一个有 free 位置的 block，如果找到，则则获取该 block 的 freepos 的队首元素，返回该元素序号对应的 chunk 的数据地址，并将 freepos 的队首元素弹出，其他相关属性更新。如果找不到，则新增 steps 个 chunk，再重复上面的过程。
内存释放：
传入待释放的地址指针p，通过对p的地址移动可以找到chunk中的 ChunkNum 和 blockAddress 两个数据，通过 blockAddress 可以找到该 chunk 所属的 block，然后将ChunkNum 添加到该 block 的 freepos 中，其他相应属性更新。
使用方法：
memoryPool * mp = new memoryPool (256); char * s = (char *)mp->allocate(); // 一些操作 mp->freeMemory(s); delete mp;
不足：
没考虑线程安全问题，该实现方案在单线程下可以正常运行。
程序源代码：
#include <iostream> #include <queue> #include <string.h> #include <ctime> using namespace std; struct block { block * next; unsigned int numofChunks;//指向下一个block指针 unsigned int numofFreeChunks;//剩余free的chunk数量 unsigned int blockNum;//该block的编号 char * data; //记录可用chunk序号 queue<int> freepos; block(unsigned int _numofChunks ,unsigned int _chunkSize, unsigned int _blockNum){ numofChunks = _numofChunks; numofFreeChunks = _numofChunks; blockNum = _blockNum; next = NULL; data = new char [numofChunks * (sizeof(unsigned int) + sizeof(void *) + _chunkSize)]; char * p = data; //每个chunk的结构：4byte的chunk序号 + 4byte的所属block地址 + 真正的数据 for(int i=0;i<numofChunks;i++){ char * ptr = p + i * (_chunkSize + sizeof(unsigned int) + sizeof(void *)); unsigned int * num = (unsigned int *)(ptr); *num = i; ptr += sizeof(void *); int * blockpos = (int *) ptr; *blockpos = (int)this; freepos.push(i); } } ~block(){ delete [] data; } }; class memoryPool { public : memoryPool(unsigned int _chunkSize = 256, unsigned int _initNumofChunks = 4096, unsigned int _steps = 64){ initNumofChunks = _initNumofChunks; chunkSize = _chunkSize; steps = _steps; numofBlocks = steps; //创建内存池时，初始化一定数量的内存空间 block * p = new block(initNumofChunks, chunkSize, 0); blocksPtr = p; for(int i=1;i<steps;i++){ p->next = new block(initNumofChunks, chunkSize, i); p = p->next; blocksPtrTail = p; } firstHasFreeChunksBlock = blocksPtr; } ~memoryPool(){ block * p = blocksPtr; while(blocksPtr!=NULL){ p = blocksPtr->next; delete blocksPtr; blocksPtr = p; } } /* 从firstHasFreeChunksBlock开始查找第一个有free位置的block， 如果找到，则则获取该block的freepos的对首元素， 返回该元素序号对应的chunk的数据地址，并将freepos的队首元素弹出， 其他相关属性更新。如果找不到，则新增steps个chunk，再重复上面的过程。 */ void * allocate(){ block * p = firstHasFreeChunksBlock; while(p != NULL && p->numofFreeChunks <= 0) p = p->next; if(p == NULL){ p = blocksPtrTail; increaseBlocks(); p = p->next; firstHasFreeChunksBlock = p; } unsigned int pos = p->freepos.front(); void * chunkStart = (void *)(p->data + pos * (chunkSize + sizeof(unsigned int) + sizeof(void *))); void * res = chunkStart + sizeof(unsigned int) + sizeof(void *); p->freepos.pop(); p->numofFreeChunks --; return res; } void increaseBlocks(){ block * p = blocksPtrTail; for(int i=0; i<steps; i++){ p->next = new block(initNumofChunks, chunkSize, numofBlocks); numofBlocks++; p = p->next; blocksPtrTail = p; } } /* 传入待释放的地址指针_data， 通过对_data的地址移动可以找到chunk中的ChunkNum和blockAddress两个数据， 通过blockAddress可以找到该chunk所属的block， 然后将ChunkNum添加到该block的freepos中，其他相应属性更新。 */ void freeMemory(void * _data){ void * p = _data; p -= sizeof(void *); int * blockpos = (int *) p; block * b = (block *) (*blockpos); p -= sizeof(unsigned int); int * num = (int *) p; b->freepos.push(*num); b->numofFreeChunks ++; if (b->numofFreeChunks > 0 && b->blockNum < firstHasFreeChunksBlock->blockNum) firstHasFreeChunksBlock = b; } private : unsigned int initNumofChunks; //每个block的chunk数量 unsigned int chunkSize;//每个chunk的数据大小 unsigned int steps;//每次扩展的chunk数量 unsigned int numofBlocks;//当前管理多少个blocks block * blocksPtr;//指向起始block block * blocksPtrTail;//指向末尾block block * firstHasFreeChunksBlock;//指向第一个不为空的block }; //test void echoPositionNum(char * p){ p -= (sizeof(void *) + sizeof(unsigned int)); int * num = (int *) p; cout<<*num<<endl; } //测试 void test0(){ memoryPool mp; char * s1 = (char *)mp.allocate(); char * s2 = (char *)mp.allocate(); char str [256]; char str2 [256]; char str3 [256]; for(int i=0; i<255; i++) { str[i] = 'a';str2[i] = 'b';str3[i] = 'c'; } str[255] = '\0'; str2[255] = '\0'; strcpy(s1,str); strcpy(s2,str2); str3[255] = '\0'; echoPositionNum(s1); cout<<s1<<endl; mp.freeMemory(s1); echoPositionNum(s2); cout<<s2<<endl; char * s3 = (char *)mp.allocate(); strcpy(s3,str3); echoPositionNum(s3); cout<<s3<<endl; } void test1(){ clock_t clock_begin = clock(); const int N = 50000; char * s[N]; int round = 100; while(round>=0){ round --; for(int i=0;i<N;i++){ s[i] = new char[256]; } for(int i=0;i<N;i++){ delete [] s[i]; } } clock_t clock_end = clock(); cout<<"Time cost\t"<<clock_end - clock_begin<<endl; } void test2(){ memoryPool mp(256); clock_t clock_begin = clock(); const int N = 50000; char * s[N]; int round = 100; while(round>=0){ round --; for(int i=0;i<N;i++){ s[i] = (char *)mp.allocate(); } for(int i=0;i<N;i++){ mp.freeMemory(s[i]); } } clock_t clock_end = clock(); cout<<"Time cost\t"<<clock_end - clock_begin<<endl; } int main() { test0(); test1(); test2(); return 0; }
运行结果：
