C++实现简易内存池（详细版）

内存池的原理

内存池是一种 预先分配和管理内存 的技术，主要用于 提高内存分配效率，减少内存碎片，并优化程序性能。

预先分配一大块内存（称为“池”），避免频繁调用 malloc/new 和 free/delete。

自主管理内存分配和释放，减少系统调用的开销。

减少内存碎片，提高内存利用率。

本贴主要介绍可变长内存池的设计及实现

小内存分配

当用户申请的内存是小内存时（这里的小内存指的是小于small_buffer_capacity），检查small_block组成的链表，图示的是一开始初始化memory_pool的样子，如果余下内存空间足够放得下用户申请的内存（可以理解为图中绿色部分的内存量大于申请内存量）那么就将small_block的可用指针移动。（这里不理解数据结构中各个变量的作用，先不着急，接下来会详细阐述，这一部分请尽量体会内存池的运行逻辑，加油）。

大内存分配

当用户的内存过大（大于small_buffer_capacity时）就需要使用big_block来管理这些内存块，在内存池看来，各个数据结构是需要占据小内存的，需要当作申请小内存来处理，而申请的大内存就直接开辟一个大内存即可，形成一个大内存链来管理。

扩容

其实聪明的你应该会有疑问，当我申请小内存时，我原先预先开辟的内存块不够用了怎么办？那么，我们就需要动态扩容，同样再开辟一个内存块，将新的small_block来管理这个内存块即可。

好啦，你已经了解了内存池的运行模式啦，那就动手设计吧

内存池各个数据结构设计

由于nignix中内存池是纯C语言书写的，这里我们用C++进行改写，那么我们就需要预料到，内存池类是不是在运行过程中只保留一份，不必存在多个对象，那么其内部的成员函数怎么办？该如何设计呢？是不是很熟悉，对！就是单例模式！我们只需要把成员函数static一下，那么它们就独立于内存池类了，并且只会保留一份，不必占用过多内存，什么？不知道设计模式，害，等我更新。

内存池类结构

class memory_pool {
public:
    size_t small_buffer_capacity;//小块大小，作为初始数据
    small_block* cur_usable_small_block;//当前可用小块
    big_block* big_block_start;//大块头
    small_block small_block_start[0];//小块头
    static memory_pool* createPool(size_t capacity);//创建内存池
    static void destroyPool(memory_pool* pool);//销毁内存池
    static char* createNewSmallBlock(memory_pool* pool, size_t size);//创建小块
    static char* mallocBigBlock(memory_pool* pool, size_t size);//创建大块
    static void* poolMalloc(memory_pool* pool, size_t size);//申请块api
    static void freeBigBlock(memory_pool* pool, char* buffer_ptr);//free函数
};

管理小内存的结构

class small_block {
public:
    char* cur_usable_buffer;//当前可以使用的小块地址
    char* buffer_end;//地址范围的末尾
    small_block* next_block;//下一个可以使用的块
    int no_enough_times;//寻找失