什麼是記憶體池？
在上一篇 C++記憶體管理：new / delete 和 cookie 中談到，頻繁的呼叫 malloc 會影響執行效率以及產生額外的 cookie， 而記憶體池的思想是預先申請一大塊記憶體，當有記憶體申請需求時，從記憶體池中取出一塊記憶體分配給目標物件。
它的實現過程為：
- 預先申請 chunk 大小的記憶體池， 將記憶體池劃按照物件大小劃分成多個記憶體塊。
- 以連結串列的形式，即通過指標將記憶體塊相連，頭指標指向第一個空閒塊。
- 當有記憶體申請需求時，首先檢查頭指標是否指向空閒塊，如果是則將頭指標指向的第一個空閒塊分配出去（從連結串列移除），同時頭指標指向下一個空閒塊；若頭指標為空，說明當前記憶體池已分配完，需要重新申請新的記憶體池。
- 當有記憶體釋放需求時，將釋放的記憶體塊重新加入連結串列的表頭，調整頭指標指向新加入的空閒塊。這也意味著，如果申請了多個記憶體池，在記憶體釋放的過程中會慢慢的合併到一起。
初步實現
#include <iostream>
using namespace std;
class Screen {
public:
Screen(int x) : i(x) { };
int get() { return i; }
void* operator new(size_t);
void operator delete(void*, size_t);
private:
Screen* next;
static Screen* freeStore; //頭指標
static const int screenChunk; //記憶體塊數量
private:
int i;
};
Screen* Screen::freeStore = 0;
const int Screen::screenChunk = 5;
void* Screen::operator new(size_t size){
Screen *p;
if (!freeStore) { //記憶體池是空的
size_t chunk = screenChunk * size;
freeStore = p = reinterpret_cast<Screen*>(new char[chunk]);
for (; p != &freeStore[screenChunk - 1]; ++p) { //以連結串列的形式串聯起來
p->next = p + 1;
}
p->next = 0;
}
p = freeStore;
freeStore = freeStore->next;
return p;
}
void Screen::operator delete(void *p, size_t){
//將記憶體塊重新加入連結串列表頭，同時調整頭指標
(static_cast<Screen*>(p))->next = freeStore;
freeStore = static_cast<Screen*>(p);
}
//-------------
void test(){
cout << "Size: " << sizeof(Screen) << endl;
size_t const N = 100;
Screen* p[N];
for (int i = 0; i < N; ++i)
p[i] = new Screen(i);
for (int i = 0; i < 10; ++i) //輸出地址觀察
cout << i << ": " << p[i] << endl;
for (int i = 0; i < N; ++i)
delete p[i];
}
int main(){
test();
return 0;
}
在上面的程式碼中設定一個記憶體池為5個記憶體塊，當我們進行100次記憶體申請後，列印出前10個地址檢視，可以看到前5個地址是連續的，後5個也是連續的，但中間由於重新申請了記憶體池，所以不是連續的。
但是這樣的方法還存在著問題，那就是引入了額外的指標記憶體消耗，接下來將使用embeded pointer進行改進。
使用嵌入指標改進
上面就使用到了嵌入指標，一個 AirplaneRep 物件的大小為 8 位元組，而一個 Airplane 的指標大小為 4 位元組或 8 位元組。在 32 位機器下， 指標可以借用 AirplaneRep 物件所佔的 8 位元組記憶體空間中的前 4 個位元組，用來連線空閒的記憶體塊。而當記憶體塊需要被分配給物件時，此時它已從連結串列中移除，也就不需要指標來連線了。此時的 8 位元組記憶體空間由 AirplaneRep 佔據。當記憶體釋放時也是同理，由於 Rep 和 next 不會同時用到，所以 embeded pointer 的做法可以減少記憶體消耗。
參考：