C++内存池设计.doc

c+内存池设计在项目中进程要对变量和对象分配空间，由于频繁的使用new和delete很消耗程序的运行时间，而且容易产生各种内存泄露，内存释放错误等问题。为此，需要设计一个通用的内存池来完成相关的分配和释放的工作。建立内存池：首先向系统申请一块内存，这块内存的大小由使用者根据需要设置初始内存大小。 定义一个如下面代码所示的双向链表，将从系统分配的内存分为若干块。使用双向链表方便指针向前和向后遍历查找。链表中*data指向了系统分配的内存，puser使用二级指针保存了内存申请者的地址，方便以后系统内存块更改，改变申请者的指向。后面会详细介绍。将双向链表指向指向内存如下所示：假设内存池初始块数为4块，每块的大小为100个字节，则向系统申请400个字节的内存块，每块的大小为100字节。之后使用双向链表data指针指向内存块，每个指针能分配的大小如图所示从大到小递减。对象内存分配：对内存的链表指针分配好后，用户可以使用内存池进行内存分配，对于用户的内存分配有两种情况，一种是在现有的内存池中能找到合适的内存块，另一种情况是现有内的内存池没有足够的内存块来分配，需要重新向系统申请内存来满足用户的需求。下面分别就这两种内存分配情况进行说明：情况1内存池有足够的内存块进行分配 假设用户申请了240个字节的内存空间，内存池现在有四个内存块空闲，每个内存块的大小为100字节，那么内存池将会给用户取整分配三个内存块。如上图所示，并将指向400内存块的指针的date返回给用户使用。情况2内存池没有足够的内存块进行分配接着上图，假设用户现在要接着分别300字节的内存空间，现有内存池的大小已经不能满足，因此需要扩大现有的内存池使用大小。考虑到由于分配给用户的内存空间必须要是连续的内存块，因此这个连续的内存块越大，能分配给用户的内存就多。因此使用c语言的realloc函数来满足要求。函数简介原型：extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);语法：指针名=（数据类型*）realloc（要改变内存大小的指针名，新的大小）。/新的大小一定要大于原来的大小，不然的话会导致数据丢失！头文件：#include 有些编译器需要#include ，在tc2.0中可以使用alloc.h头文件功能：先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大mem_address指向的地址，并且将mem_address返回，如果空间不够，先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来mem_address所指内存区域（注意：原来指针是自动释放，不需要使用free），同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。返回值：如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针null。由realloc函数定义可知，新分配的内存空间可能是在原有的内存基础上扩充，还有可能是在另外的一个地方新开辟一块内存。无论哪种情况多要对新加的内存进行指针指向分配。并且对于第二种情况，会出现的问题是原有的指针全都失效。因为原有指向的内存已经不存在了，因此指向它的指针将失效，原有分配的对象也将失效。为了解决这个问题，在新分配内存后需要重定向原有的指针，并且使用二级指针改变已经分配了对象的地址的指向，使它指向新内存。重定向原有内存的指针的指向，和已经分配了内存的对象的指向。对象释放内存：假如先前的申请了250个字节分配了三个内存块的用户释放了内存，这时链表指针向后查找直到找到第一个被使用的内存块，或链表结尾。之后在先前查找直到找到前面第一个被使用的内存块或者是头指针，之后更新这个区间段内存块的大小。释放内存池：首先释放向系统申请的内存块，之后在清空所有的双向链表。释放向系统申请的内存释放双向链表。后续改进：1， 需要对多线程的支持，目前的内存池还只能在单线程的环境下运行。2， 如果之前得到内存的对象，在新内存分配前有指针复制操作，原有对象可以通过保存的指针地址进行重定向，但是之前分别的对象不能保证。引进对于分配的对象尽量不要使用指针复制。如果一定需要这么做，那就在每次使用前，在重定向一下。重新进行一次复制操作（保险起见，不知道我的表述是否清楚明白）。源代码：头文件链表节点的定义#include#include#include#include using namespace std;namespace memepooltypedef unsigned char eigthbyte;/内存池的默认大小和分配节点的默认大小static const size_t defaultmemepoolsize = 1000;static const size_t defaultmemenodesize = 100;/内存初始分配内容 二进制位1111 1111static const int new_allocated_memory_content = 0xff;/内存分配节点（双向链表）typedef struct tmemenode/指向前一节点tmemenode *first;/指向后一节点tmemenode *next;/节点大小size_t idatasize;/节点是否被使用bool isused;/分配的节点的后一节点tmemenode *pendnode;/记录内存池分配的首地址bool ismemebegin;/保存分配的内存地址eigthbyte *data ;/使用者对象的地址void *puser; tmemelinknode;内存池实现：namespace memepool/内存池的实现 作者邮箱class cmemepoolpublic:/线程池构造函数cmemepool(const size_t &sinitialmemorypoolsize = defaultmemepoolsize,const size_t &smemorychunksize = defaultmemenodesize);cmemepool();/分配内存void *getmemeroy(void *p,const size_t &ssize);/释放分配内存void freeallocmemeroy(void *p,const size_t &ssize);/释放内存池所有内存void freeallmemeroy();/展示内存池的使用情况void showthememepoolstatue();/获取错误信息void geterrorinfo();private: /禁止复制与构造，要传递就用引用吧 cmemepool(cmemepool *tcmemepool); cmemepool& operator =(cmemepool &tcmemepool); void allocpoolmemeroy(); void callinknodenum(); void calmemesize(); void linkmemerytonode(eigthbyte *palloc); void updatelinknodesize(tmemenode *pnode); void calneetlinknumber(const size_t &ssize); void* findmemenode(const size_t &ssize); tmemenode * searchallocnode(void *p); void cleanallmemedate(); void cleatalllinknode();void resetlinktomemery(); /双向链表的头节点 tmemelinknode *m_head; /双向链表的当前节点 tmemelinknode *m_current; /双向链表的最后节点 tmemelinknode *m_lastnode; eigthbyte *m_palloc; /保存第一次运行头地址 bool m_isfirst; /内存块分配数目 size_t m_number;/内存块总的数目 size_t m_allnumber; /每一个内存块的大小 size_t m_memlinksize; /内存池分配的大小 size_t m_memepollsize; /内存块总分配大小 size_t m_allaloctsize; /内存池使用的大小 size_t m_memepoolusesize; /内存池空闲的大小 size_t m_memepoolfreesize; /分配了多少个对象 size_t m_iuseobject; /保存错误信息 string m_serror; /保存请求分配内存用户信息 void *m_user;/-/recalloc分配新内存后，之前指向旧内存的指针就失效了/需要重新定位，之前分配对象的指向也要重新定位namespace memepool/* 内存池构造函数 by 风清扬song 13-07-28*/cmemepool:cmemepool(const size_t &sinitialmemorypoolsize,const size_t &smemorychunksize)/初始化内存池的大小m_memepollsize = sinitialmemorypoolsize;/初始化每个内存块的大小m_memlinksize = smemorychunksize;/初始化一些参数m_memepoolfreesize = 0;m_memepoolusesize = 0;m_current = null;m_lastnode = null;m_number = 0;m_allaloctsize = 0;m_allnumber = 0;m_iuseobject = 0;m_head = new tmemelinknode;m_head-next = null;m_head-first = null;m_head-data = null;m_isfirst = true;/分配线程池函数allocpoolmemeroy();/* 内存池析构函数 by 风清扬song 13-07-28*/cmemepool:cmemepool() freeallmemeroy();/* 内存池分配内存函数 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:allocpoolmemeroy()/计算需要的链表节点数目callinknodenum();/计算真正要分配的内存大小calmemesize();m_allnumber = m_allnumber + m_number;m_allaloctsize += m_memepollsize;m_memepoolfreesize += m_memepollsize;/追加分配内存，原有内存的内容不会受到影响m_palloc = (eigthbyte *)realloc(m_palloc,(m_allaloctsize)*sizeof(eigthbyte);/内存分配失败if(null = m_palloc)m_serror = alloc memeroy pool failture;return;/不是第一次分配内存if(false = m_isfirst) /新分配内存后原有指针全失效，需要重定向resetlinktomemery();/分配的内存内容初始化/ memset(void *) palloc), new_allocated_memory_content, m_memepollsize) ;/将分配的线程池内存与链表节点关联linkmemerytonode(&m_pallocm_allaloctsize - m_memepollsize);/* 将原内存的指针进行重定向（alloc后原有内存可能被释放了） by 风清扬song 13-07-28*/ void cmemepool:resetlinktomemery() tmemelinknode *ptemp = m_head-next;int iindex = 0;while(null != ptemp) /重定向指针链表的指向 ptemp-data = &m_pallociindex * m_memlinksize; if(null != ptemp-puser) /重定向用户指针的指向 *ptemp-puser = ptemp-data; iindex+; ptemp = ptemp-next; /* 计算需要的内存链表节点数目 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:callinknodenum()float ftempvalue = m_memepollsize / m_memlinksize; /向上取整需要的节点数目m_number = ceil(ftempvalue);/* 计算内存池真正分配的内存的大小 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:calmemesize()m_memepollsize = (size_t)(m_number * m_memlinksize);/* 将分配的内存和链表节点相关联 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:linkmemerytonode(eigthbyte *palloc) tmemelinknode *pnode; /遍历每一个节点分配空间 for(size_t iindex = 0; iindex next = m_head-next; m_head-next = pnode; pnode-first = m_head; m_lastnode = pnode; else pnode-next = m_lastnode-next; m_lastnode-next = pnode; pnode-first = m_lastnode; m_lastnode = pnode; m_lastnode-isused = false; m_lastnode-idatasize = m_memepollsize - iindex * m_memlinksize; m_lastnode-data = &pallociindex * m_memlinksize; m_lastnode-ismemebegin = false; m_lastnode-puser = null; /记录内存块的首地址，释放时使用 if(true = m_isfirst & 0 = iindex) m_lastnode-ismemebegin = true; m_isfirst = false; updatelinknodesize(m_lastnode);/* 更新当前节点的前后大小值 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:updatelinknodesize(tmemenode *pnode)tmemenode *ptemp;ptemp = pnode-next;int idatesize = 0;/当前节点的后一个节点没分配，得到它的datasize值if(null != ptemp & false = ptemp-isused) idatesize = ptemp-idatasize; /由最后一个节点在向前遍历，更新所有的节点大小值 int iindex = 1;while(pnode != m_head & false = pnode-isused)pnode-idatasize = iindex * m_memlinksize + idatesize;iindex+;pnode = pnode-first;m_current = pnode-next;/* 分配内存空间 by 风清扬song 13-07-28*/void *cmemepool:getmemeroy(void *p,const size_t &ssize) m_memepoolfreesize -= ssize; m_memepoolusesize += ssize; /保存请求内存分配的用户信息 m_user = p;/增加分配对象数目 m_iuseobject+;/有合适的内存块void *pfind = findmemenode(ssize);if(null != pfind)return pfind;tmemenode *ptemp;ptemp = m_current;m_current = m_current-next;/遍历内存块找到合适的内存while(ptemp != m_current) /走到结尾，从头来if(null = m_current) m_current = m_head-next;/跳过已经分配的节点if(true = m_current-isused)m_current = m_current-pendnode;/m_current = m_current-first;pfind = findmemenode(ssize);if(null != pfind)return pfind;if(ptemp = m_current)break;m_current = m_current-next;/在当前的所有节点链表中没有合适的，新分配吧m_memepollsize = ssize;allocpoolmemeroy();return findmemenode(ssize);/* 计算所需的内存块数目 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:calneetlinknumber(const size_t &ssize)float ftempvalue = ssize / m_memlinksize; /向上取整需要的节点数目m_number = ceil(ftempvalue);if(0 = m_number)m_number = 1;/* 找到合适的内存分配节点了 by 风清扬song 13-07-28*/void* cmemepool:findmemenode(const size_t &ssize)if(m_current-idatasize = ssize & false = m_current-isused)calneetlinknumber(ssize);size_t iindex = 0;tmemelinknode *ptemp = m_current;while(iindex isused = true; m_current = m_current-next; iindex+;/保存分配内存的用户信息ptemp-puser = m_user;/记录分配了几块内存，避免后续遍历ptemp-pendnode = m_current-next;return ptemp-data;elsereturn null;/* 收回分配的内存块 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:freeallocmemeroy(void *p,const size_t &ssize) /减少分配数目 m_iuseobject-; m_memepoolusesize -= ssize; m_memepoolfreesize += ssize; tmemenode *pfind = searchallocnode(p); if(null = pfind) m_serror = can not find the alloc point,you may use wrong; /恢复内存为初始化/memset(void *) pfind-data), new_allocated_memory_content, ssize) ; /计算向后移动多少内存块 calneetlinknumber(ssize); size_t iindex = 0; while(iindex != m_number) pfind-isused = false; pfind = pfind-next; iindex+; /内存归还后，更新前后节点的大小 updatelinknodesize(pfind-first);/* 查找之前分配内存的节点 by 风清扬song 13-07-28*/tmemenode * cmemepool:searchallocnode(void *p) tmemenode *ptemp = m_head-next; while(null != ptemp) if(ptemp-data = (eigthbyte *) p)/释放内存的用户清空之前保存的用户信息ptemp-puser = null;return ptemp;ptemp = ptemp-next; return null;/* 清空线程池 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:freeallmemeroy()/所有内存对象都释放了if(0 != m_iuseobject)m_serror = warning there is some object not release;cleanallmemedate();cleatalllinknode();/* 清空向系统申请的内存 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:cleanallmemedate() tmemelinknode *ptemp = m_head-next; while(null != ptemp) /内存被连城了一块，从首地址就可以全部删除if(ptemp-ismemebegin&null != ptemp-data)delete ptemp-data;return;ptemp = ptemp-next; /* 清空双向链表 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:cleatalllinknode() tmemelinknode *ptemp = m_head-next; while(null != ptemp) tmemelinknode *qtemp = ptemp; ptemp = ptemp-next; delete qtemp; if(null != m_head) delete m_head; /* 显示内存池运行状态 by 风清扬song 13-07-28*/void cmemepool:showthememepoolstatue() coutnnttt内存池使用状况输出tttnn; couttt总内存池大小:m_allaloctsize使用大小:m_memepoolusesize空闲大小:m_memepoolfreesizenext; int iindex