全網最詳細的內存池技術的原理與實現（秒懂）
序言
最近在網上看到了幾篇篇講述內存池技術的文章，有一篇是有IBM中國研發(fā)中心的人寫的，寫的不錯~~文章地址在本篇blog最后。原文的講述比我的要清晰很多，我在這只是把我的一些理解和遇到的一些問題和大家分享一下~~
一、為什么要使用內存池技術呢
主要有兩個原因：
減少new、delete次數，減少運行時間；
避免內存碎片。
1、效率
c語言中使用malloc/free來分配內存，c++中使用new/delete來分配內存，他們的內存申請與釋放都是與操作系統(tǒng)進行交互的。具體的內容在嚴蔚敏數據結構的第八章有相關講述，主要就是系統(tǒng)要維護一個內存鏈表，當有一個內存申請過來時，根據相應的分配算法在鏈表中找個一個合適的內存分配給它。這些算法有的是分配最先找到的不小于申請內存的內存塊，有的是分配最大的內存塊，有的是分配最接近申請內存大小的內存塊。分配的內存塊可能會大于所申請的內存大小，這樣還有進行切割，將剩余的內存插入到空閑鏈表中。當釋放的時候，系統(tǒng)可能要對內存進行整理，判斷free的內存塊的前后是否有空閑，若有的話還要進行合并。此外，new/delete還要考慮多線程的情況?？傊痪湓挘{用庫中的內存分配函數，十分的耗時~~
2、內存碎片
什么是內存碎片內，從字面意思就很好理解了，就是內存不再是一整塊的了，而是碎了。因為連續(xù)的這種new/delete操作，一大塊內存肯能就被分割成小的內存分配出去了，這些小的內存都是不連續(xù)的。當你再去分配大的連續(xù)內存的時候，盡管剩余內存的總和可能大于所要分配的內存大小，但系統(tǒng)就找不到連續(xù)的內存了，所以導致分配錯誤。malloc的時候會導致返回NULL，而new的時候再vc6.0中返回NULL，vs2003以上則是拋出異常。
二、原理
要解決上述兩個問題，最好的方法就是內存池技術。具體方法就是大小固定、提前申請、重復利用。
因為內存的申請和釋放是很低效的，所以我們只在開始時申請一塊大的內存（在該塊內存不夠用時在二次分配），然后每次需要時都從這塊內存中取出，并標記下這塊內存被用了，釋放時標記此內存被釋放了。釋放時，并不真的把內存釋放給操作系統(tǒng)，只要在一大塊內存都空閑的時候，才釋放給操作系統(tǒng)。這樣，就減少了new/delete的操作次數，從而提高了效率。
在調用內存分配函數的時候，大部分時間所分配的內存大小都是一定的，所以可以采用每次都分配固定大小的內存塊，這樣就避免了內存碎片產生的可能。
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三、具體實現
我所采用的內存池的構造方法完全是按照文章1所介紹的方法，內存池的結構圖如下：
如圖所示MemoryPool是一個內存池類，其中pBlock是一個指向了一個內存塊的指針，nUintSzie是分配單元的大小，nInitSize是第一次分配時向系統(tǒng)申請的內存的大小，nGrouSize是后面每次向系統(tǒng)申請的內存的大小。
MemoryBloc代表一個內存塊單元，它有兩部分構成，一部分時MemoryBlock類的大小，另一部分則是實際的內存部分。一個MemoryBlock的內存是在重載的new操作符中分配的，如下所示：
MemoryBlock內中，nSize代碼該內存塊的大?。ㄏ到y(tǒng)分配內存大小-MemoryBlock類的大?。?，nFree是空閑內存單元的個數，nFirst代表的是下一個要分配的內存單元的序號。aData是用來記錄待分配內存的位置的。因為要分配的內存是在new中一起向系統(tǒng)申請的，并沒有一個指針指向這塊內存的位置，但它的位置就在MemoryBlock這個類的地址開始的，所以可以用MemoryBlock的最后一個成員的位置來表示待分配內存的位置。
帶分配內存中，是以nUnitSize為單位的，一個內存單元的頭兩個字節(jié)都記錄了下一個要分配的內存單元的序號，序號從0開始。這樣實際也就構成了一個數組鏈表。由MemoryBlock的構造函數來完成這個鏈表的初始化工作：
在MemoryPool的Alloc（）中，遍歷block鏈表，找到nFree大于0的block，從其上分配內存單元。然后將nFree減一，修改nFirst的值。
在MemoryPool的Free（pFree）函數中，根據pFree的值，找到它所在的內存塊，然后將它的序號作為nFirst的值（因為它絕對是空閑的），在pFree的頭兩個字節(jié)中寫入原來nFirst的值。然后要判斷，該block是否全部為free，方法是檢測nFree * nUnitSize == nSize。若是，則向系統(tǒng)釋放內存，若不是，則將該block放到鏈表的頭部，因為該block上一定含有空隙的內存單元，這樣可以減少分配時遍歷鏈表所消耗的時間。
四、使用
內存池一般都是作為一個類的靜態(tài)成員，或者全局變量。使用時，重載new操作符，使其到MemoryPool中去分配內存，而不是向系統(tǒng)申請。這樣，一個類的所以對象都在一個內存池中開辟空間。
五、代碼
MemoryPool.h
MemoryPool.cpp
CTest.cpp
六、問題
在編寫代碼時，遇到了一些小問題，現與大家分享如下：
重載new操作符時，編譯器要求是第一個參數必須是size_t，返回值必須是void*;free的第一個參數必須是void*.
一般要在類的成員中重載new操作符，而不要重載全局的new操作符。
一個類中要是重載了一個new操作符，一定要有一個相應類型的delete操作符，可以什么都不干，但必須有，否則在構造函數失敗時，找不到對應的delete函數。
例如：
4. 帶參數的new操作符
第一個nUnitSize nInitSize是new操作符的參數，該new操作符是new了一個MemoryBlock對象，在new返回的地址上構造MemoryBlock的對象。
5. 如果在類的內部不能進行靜態(tài)成員的定義的話，可以只在內部進行聲明，在外部定義：
