【c++】——内存池

1、引言

1.1自主内存管理机制来源

在我们实际的使用过程中如果出现了频繁new和delete，会出现以下问题：

1. 效率不高
2. 外碎片问题

【补充】——内碎片和外碎片
外碎片：内存分配后，释放后该内存没有办法被重新释放。
内碎片：由于内存对齐而浪费的一些内存，比如下面的这个结构体，其中就浪费了三个字节的内存

struct Data
{
   int al;
   char b1;
};

所以我们要针对这两点的不足，自己实现一个内存管理机制。

1.2静态链表的管理方式

1、原理
数组的形式存在，做链表的处理

2、操作过程

1、开辟空间
首先，将整个内存划分成一个一个数组，接下来把数组划分成一个一个的结点，如下图所示：

2、初始化

• 牺牲0号下标的空间，做未分配出去的链表的头结点
• 牺牲最后一个下标的空间做已分配出去的链表的头结点

3、插入数据
未分配链表获取一个结点插入到已分配链表中。
【举个栗子】
比如说此时插入数字-1。就把1号下标的数据域置为1，然后让0号下标的游标域指向2号,5号下标的游标域指向1号。最后将1号下标的游标域置为-1，如图所示：

再插入1的时候就从未使用部分的第一个结点开始重复上面的操作。但是是让2号的游标域来标记2，如下图所示：

4、删除元素
已分配链表中删除一个结点插入到未分配链表中
【举个栗子】将1号下标元素的内存释放，就要将其在已使用部分移除，添加到未使用部分。

2、实现一个简单的链队内存池

2.1内存池的管理方式

1、优化
有了上面关于静态链表的管理方式的理解，内存池的管理方式在其基础上做了优化，优化如下：

• 组织成不带头结点的单链表
• 不需要对已分配的结点，通过一个链表做统一管理。因为这里面的内存块是针对外部的一个变量进行管理的，所以说这个内存在外部有标识单元来标识的，所以就不用考虑以分配结点，也就是谁new就谁来用。

2、结构的处理
1、初始化
分为两个区域，一个是数据域，一个是指针，用pool指针统一指向
2、在外部new了一个内存
首先看有没有内存供外部使用，如果有的话，就在整个内存池里面删除一个结点供外部使用，然后pool指针指向下一个未被使用的结点。指针域只做链表的管理，不做数据域来使用的。

3、外部delete
这时就需要归还给内存池，只需要把该结点再插入到内存池就可以了
【举个栗子】

int* p = new int
* p = 20;
int* q = new int;
*q = 30;
delete q;

就是q所指向的位置指向poll当前所指向的位置。然后再让poll指向q所在的位置。具体如下图所示：

2.2链队列的结点类

结点的大体框架如下：

const int Node_count = 10;
template<typename T>
class Node
{
public:
	Node(T val=T())
		:mdata(val),pnext(NULL)
	{}
	void* operator new(size_t size);
	void operator delete(void* ptr);
private:
	template<typename T>
	friend class Queue;
	T mdata;
	Node<T>* pnext;
	static Node<T>* pool;
};

其中，包含数据域和指针域两个部分。因为在申请的时候是频繁的new队列里面的结点。所以在结点里面实现new、delete运算符的重载函数。

1、生成内存池的结构
就如上述框架里面的static Node<T>* pool;静态的成员变量在所有类中是共享的，以此来实现一个pool,并在类外初始化.

2、new运算符重载函数

• 开辟空间：当pool为空的时候就需要开辟出内存块。其中size代表结点的大小。每次开辟const int Node_count个结点出来
• 做初始化：通过指针加偏移的方式指向下一个结点。让各个结点的指针域都指向下一个结点的位置。
• 开辟内存：将第一个位置头删来实现供外部使用，给出一个标识表示开始位置，然后让pool移动

void* operator new(size_t size)
	{
   
		if