引言

使用?new expression?為類的多個實例分配動態(tài)內存時，cookie導致內存利用率可能不高，此時我們通過實現(xiàn)類的?內存池?來降低overhead。從不成熟到巧妙優(yōu)化的內存池，得益于union的?分時復用?特性，內存利用率得到了提高。

原因

在實例化某個類的對象時（在heap而不是stack中），若不使用?array new?，則每次實例化時都要調用一次內存分配函數，類的每個實例在內存中都有上下兩個cookie，從而降低了內存的利用率。然而，?array new?也有?先天的缺陷?，即只能調用默認無參構造函數，這對于很多沒有提供無參構造函數的類來說是不合適的。

因此，我們可以對于一個沒有實例化的類第一次實例化時，先分配一大塊內存（內存池），這一大塊內存記錄在類中，只有上下兩個cookie，能夠容納多個實例。后續(xù)實例化時，若內存池中還有剩余內存，則不必申請內存分配，只在內存池中分配。內存回收時，將實例所占用的內存回收到內存池中。若內存池中無內存，則再申請分配大塊內存。

我們以鏈表的形式組織內存池，內存池中每個一個鏈表是一個小桶，這個桶中裝我們實例化的對象。

內存池鏈表的頭結點記錄在類中，即以class staic變量的形式存儲。組織形式如下：

實現(xiàn)代碼如下：

測試代碼如下：

其結果如下：

可以看到每個?DemoClass?的實例大小為24字節(jié)，內存池一次從操作系統(tǒng)中申請了576個字節(jié)的內存，這些內存可以容納24個實例。上面顯示出了每個實例的內存地址，內存池中相鄰實例的內存首地址之差為24，即實例的大小，證明了一個內存池的實例之間確實沒有cookie。

當內存池中內存用完后，又向操作系統(tǒng)申請了576個字節(jié)的內存。

由此，只有每個內存池兩側有cookie，而內存池中的實例不存在cookie，相比于每次調用?new expression?實例化對象都有cookie，內存池的組織形式確實在?形式上提高了內存利用率?。

那么，有什么問題么？

sizeof(DemoClass)?等于?24?：

int data數據域占4個字節(jié)

兩個構造函數一個析構函數各占4字節(jié)，共12字節(jié)

額外的指針DemoClass*，在64位機器上，占8個字節(jié)

這樣一個?DemoClass?的大小確實是24字節(jié)。wait，?what??

我們?yōu)榱私鉀Qcookie帶來的內存浪費，引入了指針next，但卻又引入了8個字節(jié)的overhead，脫褲子放屁，?多此一舉?？

這樣看來確實沒有達到要求，但至少為我們提供了一種思路，不是么？

分時復用改進方案

首先我們先回憶下c++ 中的?Union?:

在任意時刻，聯(lián)合中只能有一個數據成員可以有值。當給聯(lián)合中某個成員賦值之后，該聯(lián)合中的其它成員就變成未定義狀態(tài)了。

結合我們之前不成熟的內存池，我們發(fā)現(xiàn)，當內存池中的桶還沒有被分配給實例時，只有next域有用，而當桶被分配給實例后，next域就沒什么用了；當桶被回收時，數據域變無用而next指針又需要用到。這不?正是?union?的特性?么？

看一下代碼實現(xiàn)：

對比前一種實現(xiàn)代碼，只是構造函數、數據域和指針域的組織形式發(fā)生了變化：

由于數據域增加了price項，構造函數中也增加了對應的參數

數據域被集成定義成一個類自定義struct類型

數據域和指針域被組織為union

測試代碼依舊：

結果：

可以看到每個?DemoClass?的實例大小為24字節(jié)，一個內存池的實例之間沒有cookie。

分析一下?sizeof(DemoClass)?等于?24?的緣由：

data數據域占12個字節(jié)（int 4字節(jié)、double 8字節(jié)）。

兩個構造函數一個析構函數各占4字節(jié)，共12字節(jié)。

指針DemoClass?，在64位機器上，占8個字節(jié)，但由于和數據域使用了union，data數據域12個字節(jié)中的前8個字節(jié)在適當的時機被看作DemoClass?，而不占用額外空間，消除了overhead。

這樣一個?DemoClass?的大小確實是24字節(jié)。利用union的?分時復用?特性，我們消除了初步方案中指針帶來的脫褲子放屁效果。

另外的思考

細心的讀者可能會發(fā)現(xiàn)，前面的那兩種方案都有共同的小缺陷，即當程序一直實例化而不析構時，內存池會向操作系統(tǒng)申請多次大塊內存，而當這些對象一起回收時，內存池中的剩余桶數會遠大于設定的POOL_SIZE的大小，這個峰值多大取決于類實例化和回收的時機。

另外，內存池中的內存暫時不會回收給操作系統(tǒng)，峰值很大可能會對內存分配帶來一些影響，不過這卻不屬于內存泄漏。在以后的文章中，我們可能會討論一些性能更好的內存分配方案。

另外，對于準備學習編程的小伙伴，如果你想更好的提升你的編程核心能力（內功）不妨從現(xiàn)在開始！

微信公眾號：C語言編程學習基地

整理分享（多年學習的源碼、項目實戰(zhàn)視頻、項目筆記，基礎入門教程）

歡迎轉行和學習編程的伙伴，利用更多的資料學習成長比自己琢磨更快哦！