C++内存池设计与实现（一）

C++内存池实现

什么是内存池

(Memory Pool)是一种内存分配方式。通常我们习惯直接使用new、malloc等API申请分配内存，这样做的缺点在于：由于所申请内存块的大小不定，当频繁使用时会造成大量的内存碎片并进而降低性能。使用该技术的优点是重用现有的内存块，以便减少系统调用的时间。

为什么使用内存池

主要有两点：

缩短的程序分配内存的时间
避免内存碎片

通过下面的例子体会一下

#include<windows.h>
#include<iostream>
 
using namespace std;
 
char buf[4100];  //Simple Memory Pool
#define MEMPOOL 0
 
#if MEMPOOL

class CTestClass
{
    char m_chBuf[4096];
public:   
    void *operator new(unsigned int uiSize)
    {
        return (void *)buf;
    }
    void  operator delete(void *p)
    {
    }
};

#else

 class CTestClass
{   
    char m_chBuf[4096];
};

#endif
 
int main()
{
    DWORD count = GetTickCount();   
 
    for(unsigned int i=0; i<0xfffff; i++)
    {
        CTestClass *p = new CTestClass;
        delete p;
    }
 
    cout << "Interval = " << GetTickCount()-count << " ms" << endl;
 
    cin.get();
    return 0;
}

使用内存池的耗时为78 ms，而直接new的耗时为5320 ms。

插入科普

这里有必要科普一下new和operater new的区别，看下图就会比较清楚了。
new操作示意图
图片来源于侯捷：Memory Pool的設計哲學和無痛運用
new运算符在这里完成了三个事情：

调用operator new分配内存
类型转换
调用构造函数构造对象

而operator new有三种形式：

1
2
3

void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);  //throwing方式
void* operator new (std::size_t size, const std::nothrow_t& nothrow_value) throw();      //nothrow方式
void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();      //placement方式

其中throwing方式和nothrow方式的区别仅仅是否抛出异常，当分配失败时，前者会抛出bad_alloc异常，后者返回null，不会抛出异常。它们都分配一个固定大小的连续内存。
而placement new，它也是对operator new的一个重载，定义于中，它多接收一个ptr参数，但它只是简单地返回ptr。再来举个例子。

#include <iostream>
class A
{
public:
    A()
    {
        std::cout<<"call A constructor"<<std::endl;
    }
    ~A()
    {
        std::cout<<"call A destructor"<<std::endl;
    }
};
 
int main()
{
    //char buf[100];
    //A* p = new(buf) A();                                     //buf上分配
    A* p = (A*)::operator new(sizeof(A));             //分配
    new(p) A();                                                        //构造
    p->~A();                                                            //析构 
    ::operator delete(p);                     //释放，在buf上分配的话不需要释放
 
    system("pause");
    return 0;
}

在这里，operator new(size_t, void*)并没有什么作用，真正起作用的是new运算符的第二个步骤：在p处调用A构造函数。这里的p可以是动态分配的内存，也可以是栈中缓冲。

清楚了上面这些，就可以开始我们的正式编写内存池了。

为了发现更大的世界