详解利用C语言如何实现简单的内存池

利用C语言实现简单的内存池一般可以分为以下步骤：

步骤一：自定义内存池数据结构

首先，我们需要自定义一个内存池的数据结构，一般包含以下几个要素：

• 内存池的大小（即可分配的内存总大小）
• 内存块的大小（即每个可分配的内存块的大小）
• 空闲内存块的数量（即尚未被分配的内存块的数量）
• 内存块的首地址（即内存池的起始地址）

我们可以使用结构体来表示这些要素，例如：

struct mem_pool {
    int size;
    int block_size;
    int free_count;
    char *start;
};

步骤二：初始化内存池

接下来，我们需要初始化上述自定义数据结构，即分配一段连续的内存作为内存池，并初始化各个成员变量的值。例如：

void mem_pool_init(struct mem_pool *pool, int size, int block_size) {
    pool->size = size;
    pool->block_size = block_size;
    pool->free_count = size / block_size;
    pool->start = (char*) malloc(size);
}

步骤三：实现内存申请和释放函数

实现内存申请和释放函数是实现内存池的核心，这里我们可以使用 void 指针来表示申请的内存块，并维护内存池中空闲内存块的数量。

申请内存函数

我们可以定义一个 mem_pool_alloc() 函数来实现内存申请的过程，该函数的具体实现如下：

void * mem_pool_alloc(struct mem_pool *pool) {
    if (pool->free_count == 0) {
        // 没有空闲内存块，申请失败，返回 NULL
        return NULL;
    }
    // 更新空闲内存块的数量
    pool->free_count--;
    // 计算出下一个可用的内存块的首地址
    char *next = pool->start + (pool->free_count * pool->block_size);
    // 返回该内存块的首地址
    return (void*) next;
}

释放内存函数

对于已分配的内存块，我们可以定义一个 mem_pool_free() 函数来实现内存释放的过程，该函数的具体实现如下：

void mem_pool_free(struct mem_pool *pool, void *ptr) {
    // 计算出该内存块对应的空闲内存块的索引
    int index = (pool->start + (pool->size - (char*)ptr)) / pool->block_size;
    // 更新空闲内存块的数量
    pool->free_count++;
}

示例说明

接下来，我们可以通过两个简单的示例来说明内存池的使用方法。

示例一：批量申请内存块

我们假设需要批量申请 10 个大小为 32 字节的内存块，可以使用以下代码来实现：

struct mem_pool pool;
mem_pool_init(&pool, 1024, 32);

void *buff[10];
int i;
for (i = 0; i < 10; i++) {
    buff[i] = mem_pool_alloc(&pool);
    if (buff[i] == NULL) {
        // 内存申请失败
        break;
    }
}

// 此时 buff 数组中存储着 10 个内存块的地址

示例二：回收已分配的内存块

假设我们已经分配了一个内存块，并且使用完毕，现在需要将其释放回内存池，可以使用以下代码：

mem_pool_free(&pool, buff[0]);

通过这两个简单的示例，我们可以看到，利用 C 语言实现简单的内存池非常实用，能够提升程序运行效率，并避免频繁的内存申请和释放导致的内存碎片等问题。