C++内存池两种方案解析

什么是内存池

内存池是一种特殊的内存管理机制，它在程序启动时分配一段连续的内存空间，然后根据客户端的需求，在内存池中分配一定大小的内存。内存池中的内存不是实时分配和释放，而是在一开始就将需要使用的内存一并分配好，然后再慢慢的释放。

内存池的优点有：

• 减轻内存碎片问题；
• 提高了内存使用效率；
• 减少了内存动态分配的次数；
• 减少了程序运行时内存的分配和释放次数，增加了程序稳定性和可维护性。

方案一：固定大小内存池

固定大小内存池中，我们将内存池分成多个小块（固定大小），然后每次从内存池中取一块小块返回给客户端使用。使用完后，再将该小块返回给内存池。这样就可以做到内存的复用效果。

内存池管理类的主要接口有三个：

template <class T, size_t BlockSize = 4096> 
class MemoryPool
{
    public:
        MemoryPool() noexcept;
        ~MemoryPool() noexcept;

        MemoryPool(const MemoryPool&) = delete;
        MemoryPool& operator=(const MemoryPool&) = delete;

        T* Allocate(size_t n = 1);
        void Deallocate(T* p, size_t n = 1);

    private:
        void* AllocateBlock() noexcept;

        char* m_StartPosition;  // 内存池起始地址
        char* m_EndPosition;    // 内存池结束地址
        size_t m_BlockSize;     // 内存块大小
        std::vector<void*> m_Blocks; // 存放已分配的内存块
        std::queue<void*> m_FreeList; // 空闲块列表
};

其中，Allocate()函数负责从内存池中分配内存块，Deallocate()函数负责释放内存块。

使用内存池代码示例：

MemoryPool<MyObject, 32> pool;  // 创建一个大小为32字节的内存池
MyObject* obj = pool.Allocate();  // 分配内存
pool.Deallocate(obj);    // 释放内存

方案二：大小不固定的内存池

大小不固定内存池中，我们将内存池划分为多个内存块组，每个内存块组的大小可以由我们自己定义，在每个内存块组中，我们可以使用任意大小的内存块。

内存池管理类的主要接口有两个：

template <typename ValueType>
class GenericMemoryPool
{
    public:
        GenericMemoryPool() noexcept { }
        ~GenericMemoryPool() noexcept { Clear(); }

        ValueType* Allocate(std::size_t n = 1);
        void Deallocate(ValueType* p, std::size_t n = 1);

        void Clear() noexcept;
};

使用内存池代码示例：

// 创建一个初始大小为4K的内存池
GenericMemoryPool<char> pool;
const char* message = "Hello, Memory Pool!";
char* p = pool.Allocate(strlen(message) + 1);
strcpy(p, message);
pool.Deallocate(p);  // 释放内存

总结

无论是方案一还是方案二，内存池的实现都避免了频繁的系统内存分配以及内存碎片问题，从而提高了系统的效率和性能。内存池的实现代码在实际项目中也有大量的应用，是一个值得掌握的技能。

以上是“C++内存池两种方案解析”的完整攻略，希望对您有所帮助。