【lesson2】定长内存池的实现

文章目录

  • 介绍
  • 定长内存池的设计
  • 定长内存池的实现
    • 需要成员变量
    • 需要的成员函数
    • 定长内存池结构
    • 定长内存池Delete(释放空间)的实现
    • 定长内存池New(申请空间)的实现
  • 定长内存池的实现完整版

介绍

作为程序员(C/C++)我们知道申请内存使用的是malloc,malloc其实就是一个通用的大众货,什么场景下都可以用,但是什么场景下都可以用就意味着什么场景下都不会有很高的性能,下面我们就先来设计一个定长内存池做个开胃菜,当然这个定长内存池在我们后面的高并发内存池中也是有价值的,所以学习他目的有两层,先熟悉一下简单内存池是如何控制的,第二他会作为我们后面内存池的一个基础组件。
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定长内存池的设计

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首先定长内存池的设计我们会向内存申请一大块空间,那么这么一大块空间我们肯定的知道在哪里,所以就用_memory指针指向该块空间
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我们需要定义对象时,我们就只需要向内存池中的_memory申请一个对象大小的字节数就行了

我们被申请出去了一个或者多个对象大小的空间,那么一定会被还回来,所以我们就要对这些还回来的对象空间进行管理。
所以我们需要将这些还回来的对象,用单向链表管理起来
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那么我们是如何用_freeList把一个一个对象链接起来的呢
我们可以用一个对象的前几个字节来存储下一个对象的地址。

定长内存池的实现

需要成员变量

在实现定长内存池之前我们要想,定长内存池需要哪些成员变量?

首先:我们向系统堆申请一定大小的空间,那么我们肯定要知道这块空间在哪里,所以第一个成员变量就是_memory指针,指向我们向系统申请的堆空间。
1._memory指针

其次:我们申请了对象就一定会被还回来,所以就要管理还回来的对象,所以第二个成员变量就是_freeList指针。
2._freeList指针

最后:我们_memory指向申请的堆空间如果一直被申请的话,那么申请的堆空间就一定会被使用殆尽,这时就需要向系统申请新的堆空间,那么我们该如何知道申请的堆空间是否被使用使用殆尽。所以就需要第三个成员变量_remainBytes记录剩余空间
3._remainBytes

需要的成员函数

除了成员变量我们还需要想定长内存池需要哪些成员函数?

首先:我们肯定需要一个成员函数,来为我们提供申请一个对象大小空间的窗口。
跟C++申请空间一样命名为New()。

最后:我们申请了一个对象大小的空间,那么最后肯定是要释放的,所以我们肯定要需要一个函数,来为我们提供释放空间的窗口
跟C++释放空间一样命名为Delete()。

定长内存池结构

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定长内存池Delete(释放空间)的实现

Delete函数的逻辑很简单,我们只要把释放回来的对象空间,链接到_freeList即可,所以我们先实现Delete函数。

但是Delete我们也遇到了一个难题,还回来的是一个对象大小的空间啊,并不是一个对象啊。
那么我们如何把一个对象大小的空间链接到_freeList中呢?
这时我们就可以想到,我们可以一个对象大小空间的前4个字节存储指针的大小。
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但是这时又遇到了一个问题,这个代码在32位平台下是可以的,但是在64位平台下指针是8个字节的该代码就不行了。
这时项目的高手就想到了一个办法。
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(void**)在32位下解引用*(void**)是一个指针的指针,大小是4个字节。
(void**)在64位下解引用*(void**)也是一个指针的指针,大小是8个字节。

这时我们的问题就迎刃而解。

Delete函数的实现:

void Delete(T* obj){// 头插*(void**)obj = _freeList;_freeList = obj;}

定长内存池New(申请空间)的实现

New申请空间的步骤:
1.先查看_freeList是否有空闲的一个对象大小的空间,我们优先把还回来内存块对象,再次重复利用。

if (_freeList)
{void* next = *((void**)_freeList);obj = (T*)_freeList;_freeList = next;
}

2.如果_freeList没有空闲的对象空间,那么就向_memory要一块,对象大小的空间。
但是要的时候我们还得注意_memory指向的系统堆空间是否已经使用殆尽了?
如果已经使用殆尽了,我们得先向系统申请一块大的堆空间。
那么如何判断空间是否已经使用殆尽呢?

// 剩余内存不够一个对象大小时,则重新开大块空间
if (_remainBytes < sizeof(T))
{_remainBytes = 128 * 1024;//自己规定的向系统堆空间申请的空间大小//_memory = (char*)malloc(_remainBytes);_memory = (char*)SystemAlloc(_remainBytes >> 13);//Windows下脱离malloc申请大块空间if (_memory == nullptr){throw std::bad_alloc();}
}

这下我们就不考虑_memory指向的系统堆空间是否已经使用殆尽的问题了。
那么我们接下里就要向_memory要一个对象大小的空间。
那么如何要呢?
首先让obj指针_memory的首地址。
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然后_memory += objSize,也就是_memory += 一个对象的大小。
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这里大小可能也就明白了,为什么要把_memory定义成char的,因为char容易控制

然后我们把obj初始化,然后返给外层就可以了。

obj = (T*)_memory;//先把_memory的地址给obj
//然后计算要多少大小的空间,申请的空间大小 > 一个指针的大小 则用一个对象大小
//如果申请的空间大小 < 一个指针的大小 就用一个指针的大小
//因为我们要用对象的前几个字节存储地址,所以一个对象的大小必须 >= 一个指针
size_t objSize = sizeof(T) < sizeof(void*) ? sizeof(void*) : sizeof(T);
_memory += objSize;
_remainBytes -= objSize;

New函数的实现:

T* New(){T* obj = nullptr;// 优先把还回来内存块对象,再次重复利用if (_freeList){void* next = *((void**)_freeList);obj = (T*)_freeList;_freeList = next;}else{// 剩余内存不够一个对象大小时,则重新开大块空间if (_remainBytes < sizeof(T)){_remainBytes = 128 * 1024;//_memory = (char*)malloc(_remainBytes);_memory = (char*)SystemAlloc(_remainBytes >> 13);if (_memory == nullptr){throw std::bad_alloc();}}obj = (T*)_memory;size_t objSize = sizeof(T) < sizeof(void*) ? sizeof(void*) : sizeof(T);_memory += objSize;_remainBytes -= objSize;}// 定位new,显示调用T的构造函数初始化new(obj)T;return obj;}

定长内存池的实现完整版

#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <time.h>
using std::cout;
using std::endl;#ifdef _WIN32
#include<windows.h>
#else
// 
#endif// 直接去堆上按页申请空间
inline static void* SystemAlloc(size_t kpage)
{
#ifdef _WIN32void* ptr = VirtualAlloc(0, kpage << 13, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE);
#else// linux下brk mmap等
#endifif (ptr == nullptr)throw std::bad_alloc();return ptr;
}template<class T>
class ObjectPool
{
public:T* New(){T* obj = nullptr;// 优先把还回来内存块对象,再次重复利用if (_freeList){void* next = *((void**)_freeList);obj = (T*)_freeList;_freeList = next;}else{// 剩余内存不够一个对象大小时,则重新开大块空间if (_remainBytes < sizeof(T)){_remainBytes = 128 * 1024;//_memory = (char*)malloc(_remainBytes);_memory = (char*)SystemAlloc(_remainBytes >> 13);if (_memory == nullptr){throw std::bad_alloc();}}obj = (T*)_memory;size_t objSize = sizeof(T) < sizeof(void*) ? sizeof(void*) : sizeof(T);_memory += objSize;_remainBytes -= objSize;}// 定位new,显示调用T的构造函数初始化new(obj)T;return obj;}void Delete(T* obj){// 显示调用析构函数清理对象obj->~T();// 头插*(void**)obj = _freeList;_freeList = obj;}private:char* _memory = nullptr; // 指向大块内存的指针size_t _remainBytes = 0; // 大块内存在切分过程中剩余字节数void* _freeList = nullptr; // 还回来过程中链接的自由链表的头指针
};

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