详解内存池设计与实现

一、前言

作为C++程序员，想必对于内存操作这一块是比较熟悉和操作比较频繁的；

比如申请一个对象，使用new，申请一块内存使用malloc等等；

但是，往往会有一些困扰烦恼着大家，主要体现在两部分：

• 申请内存后忘记释放，造成内存泄漏
• 内存不能循环使用，造成大量内存碎片

这两个原因会影响我们程序长期平稳的运行，也有可能会导致程序的崩溃；

---

二、内存池

内存池是池化技术中的一种形式。通常我们在编写程序的时候回使用 new delete 这些关键字来向操作系统申请内存，而这样造成的后果就是每次申请内存和释放内存的时候，都需要和操作系统的系统调用打交道，从堆中分配所需的内存。如果这样的操作太过频繁，就会找成大量的内存碎片进而降低内存的分配性能，甚至出现内存分配失败的情况。

而内存池就是为了解决这个问题而产生的一种技术。从内存分配的概念上看，内存申请无非就是向内存分配方索要一个指针，当向操作系统申请内存时，操作系统需要进行复杂的内存管理调度之后，才能正确的分配出一个相应的指针。而这个分配的过程中，我们还面临着分配失败的风险。

所以，每一次进行内存分配，就会消耗一次分配内存的时间，设这个时间为 T，那么进行 n 次分配总共消耗的时间就是 nT；如果我们一开始就确定好我们可能需要多少内存，那么在最初的时候就分配好这样的一块内存区域，当我们需要内存的时候，直接从这块已经分配好的内存中使用即可，那么总共需要的分配时间仅仅只有 T。当 n 越大时，节约的时间就越多。

---引用来源互联网

---

三、内存池设计

 

内存池设计实现中主要分为以下几部分：

• 重载new
• 创建内存节点
• 创建内存池
• 管理内存池

下面，比较详细的来说说设计细节：

重载new就不说了，直接从内存节点开始；

内存池节点

内存池节点需要包含以下几点元素：

1. 所属池子（pMem），因为后续在内存池管理中可以直接调用申请内存和释放内存
2. 下一个节点（pNext），这里主要是使用链表的思路，将所有的内存块关联起来；
3. 节点是否被使用（bUsed），这里保证每次使用前，该节点是没有被使用的；
4. 是否属于内存池（bBelong），主要是一般内存池维护的空间都不是特别大，但是用户申请了特别大的内存时，就走正常的申请流程，释放时也就正常释放；

内存池设计

内存池设计就是上面的图片类似，主要包含以下几点元素：

1. 内存首地址（_pBuffer），也就是第一块内存，这样以后方面寻找后面的内存块；
2. 内存块头（_pHeader），也就是上面说的内存池节点；
3. 内存块大小（_nSize），也就是每个节点多大；
4. 节点数（_nBlock），及时有多少个节点；

这里面需要的注意的是，申请内存块的时候，需要加上节点头，但是申请完后返回给客户使用的需要去掉头；但是释放的时候，需要前移到头，不然就会出现异常；

释放内存：

释放内存的时候，将使用过的内存置为false，然后指向头部，将头部作为下一个节点，这样的话，节点每次回收就可以相应的被找到；

内存池管理

内存池创建后，会根据节点大小和个数创建相应的内存池；

内存池管理主要就是根据不同的需求创建不同的内存池，以达到管理的目的；

这里主要有一个概念