C++如何實現定長內存池詳解

//實現一個定長的內存池（針對某一個具體的對象，所以起名字叫ObjictPool）
#pragma once 

#include"Common.h"

template<class T>
class ObjectPool
{
public:
	~ObjectPool()
	{
		//
	}
	//此時代碼還存一個很大的問題：我們默認這裡取的是前四個字節，但是在64位的平臺下，需要取的應該是這塊小內存的前8個字節來保存地址
	void*& Nextobj(void* obj)
	{
		return *((void**)obj); //對於返回的void*可以自動的適配平臺
	}
	//申請內存的函數接口
	T* New()
	{
		T* obj = nullptr;
		//一上來首先應該判斷freeList
		if (_freeList)
		{
			//那就直接從自由鏈表中取一塊出來
			obj = (T*)_freeList;
			//_freeList = (void*)(*(int*)_freeList);
			_freeList = Nextobj(_freeList);
		}
		else
		{
			//表示自由鏈表是空的
			//那麼這裡又要進行判斷，memory有沒有
			if (_leftSize < sizeof(T)) //說明此時空間不夠瞭
			{
				//那麼就進行切割
				_leftSize = 1024 * 100;
				_memory = (char*)malloc(_leftSize);
				//對於C++來說，如果向系統申請失敗瞭，則會拋異常
				if (_memory == nullptr)
				{
					throw std::bad_alloc();
				}
			}
			//進行memory的切割
			obj = (T*)_memory;
			_memory += sizeof(T); //這裡如果想不通可以畫一下圖，很簡單
			_leftSize -= sizeof(T); //表示剩餘空間的大小
		}
		new(obj)T;  //定位new，因為剛申請的空間內如果是自定義類型是沒有初始化的
		//所以需要可以顯示的調用這個類型的構造函數，這個是專門配合內存池使用的
		return obj;
	}

	void Delete(T* obj)
	{
		obj->~T();//先把自定義類型進行析構
		//然後在進行釋放，但是此時還回來的都是一塊一塊的小內存，無法做到一次性進行free，所以需要一個自由鏈表將這些小內存都掛接住
		//這裡其實才是核心的關鍵點
		//對於指針來說，在32位的平臺下面是4字節，在64位平臺下面是8字節

		//頭插到freeList
		//*((int*)obj)= (int)_freeList;
		Nextobj(obj) = _freeList;
		_freeList = obj;
	}
private:
	char* _memory = nullptr;//這裡給char*是為瞭好走大小，並不是一定要給T*或者void*
	int _leftSize = 0; //為什麼會加入這個成員變量呢？因為你的menory += sizeof(T),有可能就會造成越界的問題
	void* _freeList = nullptr; //給一些缺省值，讓他的構造函數自己生成就可以瞭
};

struct TreeNode
{
	int _val;
	TreeNode* _left;
	TreeNode* _right;

	TreeNode()
		:_val(0)
		, _left(nullptr)
		, _right(nullptr)
	{}
};
void TestObjectPool()
{

	驗證還回來的內存是否重復利用的問題
	ObjectPool<TreeNode> tnPool;
	TreeNode* node1 = tnPool.New();
	TreeNode* node2 = tnPool.New();
	cout << node1 << endl;
	cout << node2 << endl;

	tnPool.Delete(node1);
	TreeNode* node3 = tnPool.New();
	cout << node3 << endl;

	cout << endl;

	//驗證內存池到底快不快，有沒有做到性能的優化
	//new底層本身調用的malloc,會一直和操作系統的底部打交道
	size_t begin1 = clock();
	std::vector<TreeNode*> v1;
	for (int i = 0; i < 1000000; ++i)
	{
		v1.push_back(new TreeNode);
	}
	for (int i = 0; i < 1000000; ++i)
	{
		delete v1[i];
	}
	size_t end1 = clock();


	//這裡我們調用自己所寫的內存池
	ObjectPool<TreeNode> tnPool;
	size_t begin2 = clock();
	std::vector<TreeNode*> v2;
	for (int i = 0; i < 1000000; ++i)
	{
		v2.push_back(tnPool.New());
	}
	for (int i = 0; i < 1000000; ++i)
	{
		tnPool.Delete(v2[i]);
	}
	size_t end2 = clock();

	cout << end1 - begin1 << endl;
	cout << end2 - begin2 << endl;
}