（非線程安全）

一、概述?
在 C/C++ 中，內(nèi)存管理是一個(gè)非常棘手的問題，我們?cè)诰帉懸粋€(gè)程序的時(shí)候幾乎不可避免的要遇到內(nèi)存的分配邏輯，這時(shí)候隨之而來的有這樣一些問題：是否有足夠的內(nèi)存可供分配? 分配失敗了怎么辦? 如何管理自身的內(nèi)存使用情況? 等等一系列問題。在一個(gè)高可用的軟件中，如果我們僅僅單純的向操作系統(tǒng)去申請(qǐng)內(nèi)存，當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)存不足時(shí)就退出軟件，是明顯不合理的。正確的思路應(yīng)該是在內(nèi)存不足的時(shí)，考慮如何管理并優(yōu)化自身已經(jīng)使用的內(nèi)存，這樣才能使得軟件變得更加可用。本次項(xiàng)目我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)內(nèi)存池，并使用一個(gè)棧結(jié)構(gòu)來測試我們的內(nèi)存池提供的分配性能。最終，我們要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池在棧結(jié)構(gòu)中的性能，要遠(yuǎn)高于使用 std::allocator 和 std::vector，如下圖所示：?

項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)?
C++ 中的內(nèi)存分配器 std::allocator?
內(nèi)存池技術(shù)?
手動(dòng)實(shí)現(xiàn)模板鏈?zhǔn)綏?
鏈?zhǔn)綏：土斜項(xiàng)５男阅鼙容^

內(nèi)存池簡介?
內(nèi)存池是池化技術(shù)中的一種形式。通常我們?cè)诰帉懗绦虻臅r(shí)候回使用 new delete 這些關(guān)鍵字來向操作系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存，而這樣造成的后果就是每次申請(qǐng)內(nèi)存和釋放內(nèi)存的時(shí)候，都需要和操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用打交道，從堆中分配所需的內(nèi)存。如果這樣的操作太過頻繁，就會(huì)找成大量的內(nèi)存碎片進(jìn)而降低內(nèi)存的分配性能，甚至出現(xiàn)內(nèi)存分配失敗的情況。

而內(nèi)存池就是為了解決這個(gè)問題而產(chǎn)生的一種技術(shù)。從內(nèi)存分配的概念上看，內(nèi)存申請(qǐng)無非就是向內(nèi)存分配方索要一個(gè)指針，當(dāng)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)雜的內(nèi)存管理調(diào)度之后，才能正確的分配出一個(gè)相應(yīng)的指針。而這個(gè)分配的過程中，我們還面臨著分配失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

所以，每一次進(jìn)行內(nèi)存分配，就會(huì)消耗一次分配內(nèi)存的時(shí)間，設(shè)這個(gè)時(shí)間為 T，那么進(jìn)行 n 次分配總共消耗的時(shí)間就是 nT；如果我們一開始就確定好我們可能需要多少內(nèi)存，那么在最初的時(shí)候就分配好這樣的一塊內(nèi)存區(qū)域，當(dāng)我們需要內(nèi)存的時(shí)候，直接從這塊已經(jīng)分配好的內(nèi)存中使用即可，那么總共需要的分配時(shí)間僅僅只有 T。當(dāng) n 越大時(shí)，節(jié)約的時(shí)間就越多。

二、主函數(shù)設(shè)計(jì)?
我們要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的內(nèi)存池，那么自然避免不了需要對(duì)比已有的內(nèi)存，而比較內(nèi)存池對(duì)內(nèi)存的分配性能，就需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)需要對(duì)內(nèi)存進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配的結(jié)構(gòu)（比如：鏈表?xiàng)＃?，為此，可以寫出如下的代碼：

#include//?std::cout,?std::endl
#include//?assert()
#include//?clock()
#include//?std::vector

#include?"MemoryPool.hpp"??//?MemoryPool#include?"StackAlloc.hpp"??//?StackAlloc//?插入元素個(gè)數(shù)
#define?ELEMS?10000000
//?重復(fù)次數(shù)
#define?REPS?100

int?main()
{
????clock_t?start;

????//?使用?STL?默認(rèn)分配器
????StackAlloc<int,?std::allocator>?stackDefault;
????start?=?clock();
????for?(int?j?=?0;?j?<?REPS;?j++)?{
????????assert(stackDefault.empty());
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackDefault.push(i);
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackDefault.pop();
????}
????std::cout?<<?"Default?Allocator?Time:?";
????std::cout?<<?(((double)clock()?-?start)?/?CLOCKS_PER_SEC)?<<?"nn";

????//?使用內(nèi)存池
????StackAlloc<int,?MemoryPool>?stackPool;
????start?=?clock();
????for?(int?j?=?0;?j?<?REPS;?j++)?{
????????assert(stackPool.empty());
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackPool.push(i);
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackPool.pop();
????}
????std::cout?<<?"MemoryPool?Allocator?Time:?";
????std::cout?<<?(((double)clock()?-?start)?/?CLOCKS_PER_SEC)?<<?"nn";

????return?0;
}

在上面的兩段代碼中，StackAlloc 是一個(gè)鏈表?xiàng)?，接受兩個(gè)模板參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是棧中的元素類型，第二個(gè)參數(shù)就是棧使用的內(nèi)存分配器。

因此，這個(gè)內(nèi)存分配器的模板參數(shù)就是整個(gè)比較過程中唯一的變量，使用默認(rèn)分配器的模板參數(shù)為 std::allocator，而使用內(nèi)存池的模板參數(shù)為 MemoryPool。

std::allocator?是?C++標(biāo)準(zhǔn)庫中提供的默認(rèn)分配器，他的特點(diǎn)就在于我們?cè)?使用?new?來申請(qǐng)內(nèi)存構(gòu)造新對(duì)象的時(shí)候，勢(shì)必要調(diào)用類對(duì)象的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，而使用?std::allocator?則可以將內(nèi)存分配和對(duì)象的構(gòu)造這兩部分邏輯給分離開來，使得分配的內(nèi)存是原始、未構(gòu)造的。

1

下面我們來實(shí)現(xiàn)這個(gè)鏈表?xiàng)！?/p>

三、模板鏈表?xiàng)?/p>

棧的結(jié)構(gòu)非常的簡單，沒有什么復(fù)雜的邏輯操作，其成員函數(shù)只需要考慮兩個(gè)基本的操作：入棧、出棧。為了操作上的方便，我們可能還需要這樣一些方法：判斷棧是否空、清空棧、獲得棧頂元素。

#includetemplatestruct?StackNode_
{
??T?data;
??StackNode_*?prev;
};
//?T?為存儲(chǔ)的對(duì)象類型,?Alloc?為使用的分配器,?并默認(rèn)使用?std::allocator?作為對(duì)象的分配器
template<typename?T,?typename?Alloc?=?std::allocator>
class?StackAlloc
{
??public:
????//?使用?typedef?簡化類型名
????typedef?StackNode_Node;
????typedef?typename?Alloc::template?rebind::other?allocator;

????//?默認(rèn)構(gòu)造
????StackAlloc()?{?head_?=?0;?}
????//?默認(rèn)析構(gòu)
????~StackAlloc()?{?clear();?}

????//?當(dāng)棧中元素為空時(shí)返回?true
????bool?empty()?{return?(head_?==?0);}

????//?釋放棧中元素的所有內(nèi)存
????void?clear();

????//?壓棧
????void?push(T?element);

????//?出棧
????T?pop();

????//?返回棧頂元素
????T?top()?{?return?(head_->data);?}

??private:
????//?
????allocator?allocator_;
????//?棧頂
????Node*?head_;
};

簡單的邏輯諸如構(gòu)造、析構(gòu)、判斷棧是否空、返回棧頂元素的邏輯都非常簡單，直接在上面的定義中實(shí)現(xiàn)了，下面我們來實(shí)現(xiàn) clear(), push() 和 pop() 這三個(gè)重要的邏輯：

//?釋放棧中元素的所有內(nèi)存
void?clear()?{
??Node*?curr?=?head_;
??//?依次出棧
??while?(curr?!=?0)
??{
????Node*?tmp?=?curr->prev;
????//?先析構(gòu),?再回收內(nèi)存
????allocator_.destroy(curr);
????allocator_.deallocate(curr,?1);
????curr?=?tmp;
??}
??head_?=?0;
}
//?入棧
void?push(T?element)?{
??//?為一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配內(nèi)存
??Node*?newNode?=?allocator_.allocate(1);
??//?調(diào)用節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造函數(shù)
??allocator_.construct(newNode,?Node());

??//?入棧操作
??newNode->data?=?element;
??newNode->prev?=?head_;
??head_?=?newNode;
}

//?出棧
T?pop()?{
??//?出棧操作?返回出棧元素
??T?result?=?head_->data;
??Node*?tmp?=?head_->prev;
??allocator_.destroy(head_);
??allocator_.deallocate(head_,?1);
??head_?=?tmp;
??return?result;
}

至此，我們完成了整個(gè)模板鏈表?xiàng)＃F(xiàn)在我們可以先注釋掉 main() 函數(shù)中使用內(nèi)存池部分的代碼來測試這個(gè)連表?xiàng)５膬?nèi)存分配情況，我們就能夠得到這樣的結(jié)果：

在使用 std::allocator 的默認(rèn)內(nèi)存分配器中，在

#define?ELEMS?10000000
#define?REPS?100

12

的條件下，總共花費(fèi)了近一分鐘的時(shí)間。

如果覺得花費(fèi)的時(shí)間較長，不愿等待，則你嘗試可以減小這兩個(gè)值

1

總結(jié)

本節(jié)我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于測試性能比較的模板鏈表?xiàng)?，目前的代碼如下。在下一節(jié)中，我們開始詳細(xì)實(shí)現(xiàn)我們的高性能內(nèi)存池。

//?StackAlloc.hpp

#ifndef?STACK_ALLOC_H
#define?STACK_ALLOC_H

#includetemplatestruct?StackNode_
{
??T?data;
??StackNode_*?prev;
};

//?T?為存儲(chǔ)的對(duì)象類型,?Alloc?為使用的分配器,
//?并默認(rèn)使用?std::allocator?作為對(duì)象的分配器
template<class?T,?class?Alloc?=?std::allocator>
class?StackAlloc
{
??public:
????//?使用?typedef?簡化類型名
????typedef?StackNode_Node;
????typedef?typename?Alloc::template?rebind::other?allocator;

????//?默認(rèn)構(gòu)造
????StackAlloc()?{?head_?=?0;?}
????//?默認(rèn)析構(gòu)
????~StackAlloc()?{?clear();?}

????//?當(dāng)棧中元素為空時(shí)返回?true
????bool?empty()?{return?(head_?==?0);}

????//?釋放棧中元素的所有內(nèi)存
????void?clear()?{
??????Node*?curr?=?head_;
??????while?(curr?!=?0)
??????{
????????Node*?tmp?=?curr->prev;
????????allocator_.destroy(curr);
????????allocator_.deallocate(curr,?1);
????????curr?=?tmp;
??????}
??????head_?=?0;
????}

????//?入棧
????void?push(T?element)?{
??????//?為一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配內(nèi)存
??????Node*?newNode?=?allocator_.allocate(1);
??????//?調(diào)用節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造函數(shù)
??????allocator_.construct(newNode,?Node());

??????//?入棧操作
??????newNode->data?=?element;
??????newNode->prev?=?head_;
??????head_?=?newNode;
????}

????//?出棧
????T?pop()?{
??????//?出棧操作?返回出棧結(jié)果
??????T?result?=?head_->data;
??????Node*?tmp?=?head_->prev;
??????allocator_.destroy(head_);
??????allocator_.deallocate(head_,?1);
??????head_?=?tmp;
??????return?result;
????}

????//?返回棧頂元素
????T?top()?{?return?(head_->data);?}

??private:
????allocator?allocator_;
????Node*?head_;
};

#endif?//?STACK_ALLOC_H

//?main.cpp

#include#include#include#include//?#include?"MemoryPool.hpp"
#include?"StackAlloc.hpp"

//?根據(jù)電腦性能調(diào)整這些值
//?插入元素個(gè)數(shù)
#define?ELEMS?25000000
//?重復(fù)次數(shù)
#define?REPS?50

int?main()
{
????clock_t?start;

????//?使用默認(rèn)分配器
????StackAlloc<int,?std::allocator>?stackDefault;
????start?=?clock();
????for?(int?j?=?0;?j?<?REPS;?j++)?{
????????assert(stackDefault.empty());
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackDefault.push(i);
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackDefault.pop();
????}
????std::cout?<<?"Default?Allocator?Time:?";
????std::cout?<<?(((double)clock()?-?start)?/?CLOCKS_PER_SEC)?<<?"nn";

????//?使用內(nèi)存池
????//?StackAlloc<int,?MemoryPool>?stackPool;
????//?start?=?clock();
????//?for?(int?j?=?0;?j?<?REPS;?j++)?{
????//?????assert(stackPool.empty());
????//?????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
????//???????stackPool.push(i);
????//?????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
????//???????stackPool.pop();
????//?}
????//?std::cout?<<?"MemoryPool?Allocator?Time:?";
????//?std::cout?<<?(((double)clock()?-?start)?/?CLOCKS_PER_SEC)?<<?"nn";

????return?0;
}

二、設(shè)計(jì)內(nèi)存池?
在上一節(jié)實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)谀０彐湵項(xiàng)Ｖ惺褂昧四J(rèn)構(gòu)造器來管理?xiàng)２僮髦械脑貎?nèi)存，一共涉及到了 rebind::other, allocate(), dealocate(), construct(), destroy()這些關(guān)鍵性的接口。所以為了讓代碼直接可用，我們同樣應(yīng)該在內(nèi)存池中設(shè)計(jì)同樣的接口：

#ifndef?MEMORY_POOL_HPP
#define?MEMORY_POOL_HPP

#include#includetemplateclass?MemoryPool
{
??public:
????//?使用?typedef?簡化類型書寫
????typedef?T*??????????????pointer;

????//?定義?rebind::other?接口
????templatestruct?rebind?{
??????typedef?MemoryPool?other;
????};

????//?默認(rèn)構(gòu)造,?初始化所有的槽指針
????//?C++11?使用了?noexcept?來顯式的聲明此函數(shù)不會(huì)拋出異常
????MemoryPool()?noexcept?{
??????currentBlock_?=?nullptr;
??????currentSlot_?=?nullptr;
??????lastSlot_?=?nullptr;
??????freeSlots_?=?nullptr;
????}

????//?銷毀一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存池
????~MemoryPool()?noexcept;

????//?同一時(shí)間只能分配一個(gè)對(duì)象,?n?和?hint?會(huì)被忽略
????pointer?allocate(size_t?n?=?1,?const?T*?hint?=?0);

????//?銷毀指針?p?指向的內(nèi)存區(qū)塊
????void?deallocate(pointer?p,?size_t?n?=?1);

????//?調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
????templatevoid?construct(U*?p,?Args&&...?args);

????//?銷毀內(nèi)存池中的對(duì)象,?即調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)
????templatevoid?destroy(U*?p)?{
??????p->~U();
????}

??private:
????//?用于存儲(chǔ)內(nèi)存池中的對(duì)象槽,?
????//?要么被實(shí)例化為一個(gè)存放對(duì)象的槽,?
????//?要么被實(shí)例化為一個(gè)指向存放對(duì)象槽的槽指針
????union?Slot_?{
??????T?element;
??????Slot_*?next;
????};

????//?數(shù)據(jù)指針
????typedef?char*?data_pointer_;
????//?對(duì)象槽
????typedef?Slot_?slot_type_;
????//?對(duì)象槽指針
????typedef?Slot_*?slot_pointer_;

????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊
????slot_pointer_?currentBlock_;
????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的一個(gè)對(duì)象槽
????slot_pointer_?currentSlot_;
????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的最后一個(gè)對(duì)象槽
????slot_pointer_?lastSlot_;
????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的空閑對(duì)象槽
????slot_pointer_?freeSlots_;

????//?檢查定義的內(nèi)存池大小是否過小
????static_assert(BlockSize?>=?2?*?sizeof(slot_type_),?"BlockSize?too?small.");
};

#endif?//?MEMORY_POOL_HPP

在上面的類設(shè)計(jì)中可以看到，在這個(gè)內(nèi)存池中，其實(shí)是使用鏈表來管理整個(gè)內(nèi)存池的內(nèi)存區(qū)塊的。內(nèi)存池首先會(huì)定義固定大小的基本內(nèi)存區(qū)塊(Block)，然后在其中定義了一個(gè)可以實(shí)例化為存放對(duì)象內(nèi)存槽的對(duì)象槽（Slot_）和對(duì)象槽指針的一個(gè)聯(lián)合。然后在區(qū)塊中，定義了四個(gè)關(guān)鍵性質(zhì)的指針，它們的作用分別是：

currentBlock_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的指針?
currentSlot_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的對(duì)象槽?
lastSlot_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的最后一個(gè)對(duì)象槽?
freeSlots_: 指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中所有空閑的對(duì)象槽?
梳理好整個(gè)內(nèi)存池的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之后，我們就可以開始實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性的邏輯了。

三、實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::construct() 實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::construct() 的邏輯是最簡單的，我們需要實(shí)現(xiàn)的，僅僅只是調(diào)用信件對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)即可，因此：

//?調(diào)用構(gòu)造函數(shù),?使用?std::forward?轉(zhuǎn)發(fā)變參模板
templatevoid?construct(U*?p,?Args&&...?args)?{
????new?(p)?U?(std::forward(args)...);
}

12345

MemoryPool::deallocate() 實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::deallocate() 是在對(duì)象槽中的對(duì)象被析構(gòu)后才會(huì)被調(diào)用的，主要目的是銷毀內(nèi)存槽。其邏輯也不復(fù)雜：

//?銷毀指針?p?指向的內(nèi)存區(qū)塊
void?deallocate(pointer?p,?size_t?n?=?1)?{
??if?(p?!=?nullptr)?{
????//?reinterpret_cast?是強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換符
????//?要訪問?next?必須強(qiáng)制將?p?轉(zhuǎn)成?slot_pointer_
????reinterpret_cast(p)->next?=?freeSlots_;
????freeSlots_?=?reinterpret_cast(p);
??}
}

MemoryPool::~MemoryPool() 實(shí)現(xiàn)

析構(gòu)函數(shù)負(fù)責(zé)銷毀整個(gè)內(nèi)存池，因此我們需要逐個(gè)刪除掉最初向操作系統(tǒng)申請(qǐng)的內(nèi)存塊：

//?銷毀一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存池
~MemoryPool()?noexcept?{
??//?循環(huán)銷毀內(nèi)存池中分配的內(nèi)存區(qū)塊
??slot_pointer_?curr?=?currentBlock_;
??while?(curr?!=?nullptr)?{
????slot_pointer_?prev?=?curr->next;
????operator?delete(reinterpret_cast(curr));
????curr?=?prev;
??}
}

MemoryPool::allocate() 實(shí)現(xiàn)

MemoryPool::allocate() 毫無疑問是整個(gè)內(nèi)存池的關(guān)鍵所在，但實(shí)際上理清了整個(gè)內(nèi)存池的設(shè)計(jì)之后，其實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜。具體實(shí)現(xiàn)如下：

//?同一時(shí)間只能分配一個(gè)對(duì)象,?n?和?hint?會(huì)被忽略
pointer?allocate(size_t?n?=?1,?const?T*?hint?=?0)?{
??//?如果有空閑的對(duì)象槽，那么直接將空閑區(qū)域交付出去
??if?(freeSlots_?!=?nullptr)?{
????pointer?result?=?reinterpret_cast(freeSlots_);
????freeSlots_?=?freeSlots_->next;
????return?result;
??}?else?{
????//?如果對(duì)象槽不夠用了，則分配一個(gè)新的內(nèi)存區(qū)塊
????if?(currentSlot_?>=?lastSlot_)?{
??????//?分配一個(gè)新的內(nèi)存區(qū)塊，并指向前一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊
??????data_pointer_?newBlock?=?reinterpret_cast(operator?new(BlockSize));
??????reinterpret_cast(newBlock)->next?=?currentBlock_;
??????currentBlock_?=?reinterpret_cast(newBlock);
??????//?填補(bǔ)整個(gè)區(qū)塊來滿足元素內(nèi)存區(qū)域的對(duì)齊要求
??????data_pointer_?body?=?newBlock?+?sizeof(slot_pointer_);
??????uintptr_t?result?=?reinterpret_cast(body);
??????size_t?bodyPadding?=?(alignof(slot_type_)?-?result)?%?alignof(slot_type_);
??????currentSlot_?=?reinterpret_cast(body?+?bodyPadding);
??????lastSlot_?=?reinterpret_cast(newBlock?+?BlockSize?-?sizeof(slot_type_)?+?1);
????}
????return?reinterpret_cast(currentSlot_++);
??}
}

四、與 std::vector 的性能對(duì)比

我們知道，對(duì)于棧來說，鏈棧其實(shí)并不是最好的實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的棧不可避免的會(huì)涉及到指針相關(guān)的操作，同時(shí)，還會(huì)消耗一定量的空間來存放節(jié)點(diǎn)之間的指針。事實(shí)上，我們可以使用 std::vector 中的 push_back() 和 pop_back() 這兩個(gè)操作來模擬一個(gè)棧，我們不妨來對(duì)比一下這個(gè) std::vector 與我們所實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池在性能上誰高誰低，我們?cè)?主函數(shù)中加入如下代碼：

//?比較內(nèi)存池和?std::vector?之間的性能
????std::vectorstackVector;
????start?=?clock();
????for?(int?j?=?0;?j?<?REPS;?j++)?{
????????assert(stackVector.empty());
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackVector.push_back(i);
????????for?(int?i?=?0;?i?<?ELEMS;?i++)
??????????stackVector.pop_back();
????}
????std::cout?<<?"Vector?Time:?";
????std::cout?<<?(((double)clock()?-?start)?/?CLOCKS_PER_SEC)?<<?"nn";

這時(shí)候，我們重新編譯代碼，就能夠看出這里面的差距了：?
?
首先是使用默認(rèn)分配器的鏈表?xiàng)Ｋ俣茸盥?，其次是使?std::vector 模擬的棧結(jié)構(gòu)，在鏈表?xiàng)５幕A(chǔ)上大幅度削減了時(shí)間。

std::vector?的實(shí)現(xiàn)方式其實(shí)和內(nèi)存池較為類似，在?std::vector?空間不夠用時(shí)，會(huì)拋棄現(xiàn)在的內(nèi)存區(qū)域重新申請(qǐng)一塊更大的區(qū)域，并將現(xiàn)在內(nèi)存區(qū)域中的數(shù)據(jù)整體拷貝一份到新區(qū)域中。

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最后，對(duì)于我們實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池，消耗的時(shí)間最少，即內(nèi)存分配性能最佳，完成了本項(xiàng)目。

總結(jié)

本節(jié)中，我們實(shí)現(xiàn)了我們上節(jié)實(shí)驗(yàn)中未實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存池，完成了整個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)。 這個(gè)內(nèi)存池不僅精簡而且高效，整個(gè)內(nèi)存池的完整代碼如下：

#ifndef?MEMORY_POOL_HPP
#define?MEMORY_POOL_HPP

#include#includetemplateclass?MemoryPool
{
??public:
????//?使用?typedef?簡化類型書寫
????typedef?T*??????????????pointer;

????//?定義?rebind::other?接口
????templatestruct?rebind?{
??????typedef?MemoryPool?other;
????};

????//?默認(rèn)構(gòu)造
????//?C++11?使用了?noexcept?來顯式的聲明此函數(shù)不會(huì)拋出異常
????MemoryPool()?noexcept?{
??????currentBlock_?=?nullptr;
??????currentSlot_?=?nullptr;
??????lastSlot_?=?nullptr;
??????freeSlots_?=?nullptr;
????}

????//?銷毀一個(gè)現(xiàn)有的內(nèi)存池
????~MemoryPool()?noexcept?{
??????//?循環(huán)銷毀內(nèi)存池中分配的內(nèi)存區(qū)塊
??????slot_pointer_?curr?=?currentBlock_;
??????while?(curr?!=?nullptr)?{
????????slot_pointer_?prev?=?curr->next;
????????operator?delete(reinterpret_cast(curr));
????????curr?=?prev;
??????}
????}

????//?同一時(shí)間只能分配一個(gè)對(duì)象,?n?和?hint?會(huì)被忽略
????pointer?allocate(size_t?n?=?1,?const?T*?hint?=?0)?{
??????if?(freeSlots_?!=?nullptr)?{
????????pointer?result?=?reinterpret_cast(freeSlots_);
????????freeSlots_?=?freeSlots_->next;
????????return?result;
??????}
??????else?{
????????if?(currentSlot_?>=?lastSlot_)?{
??????????//?分配一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊
??????????data_pointer_?newBlock?=?reinterpret_cast(operator?new(BlockSize));
??????????reinterpret_cast(newBlock)->next?=?currentBlock_;
??????????currentBlock_?=?reinterpret_cast(newBlock);
??????????data_pointer_?body?=?newBlock?+?sizeof(slot_pointer_);
??????????uintptr_t?result?=?reinterpret_cast(body);
??????????size_t?bodyPadding?=?(alignof(slot_type_)?-?result)?%?alignof(slot_type_);
??????????currentSlot_?=?reinterpret_cast(body?+?bodyPadding);
??????????lastSlot_?=?reinterpret_cast(newBlock?+?BlockSize?-?sizeof(slot_type_)?+?1);
????????}
????????return?reinterpret_cast(currentSlot_++);
??????}
????}

????//?銷毀指針?p?指向的內(nèi)存區(qū)塊
????void?deallocate(pointer?p,?size_t?n?=?1)?{
??????if?(p?!=?nullptr)?{
????????reinterpret_cast(p)->next?=?freeSlots_;
????????freeSlots_?=?reinterpret_cast(p);
??????}
????}

????//?調(diào)用構(gòu)造函數(shù),?使用?std::forward?轉(zhuǎn)發(fā)變參模板
????templatevoid?construct(U*?p,?Args&&...?args)?{
??????new?(p)?U?(std::forward(args)...);
????}

????//?銷毀內(nèi)存池中的對(duì)象,?即調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)
????templatevoid?destroy(U*?p)?{
??????p->~U();
????}

??private:
????//?用于存儲(chǔ)內(nèi)存池中的對(duì)象槽
????union?Slot_?{
??????T?element;
??????Slot_*?next;
????};

????//?數(shù)據(jù)指針
????typedef?char*?data_pointer_;
????//?對(duì)象槽
????typedef?Slot_?slot_type_;
????//?對(duì)象槽指針
????typedef?Slot_*?slot_pointer_;

????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊
????slot_pointer_?currentBlock_;
????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的一個(gè)對(duì)象槽
????slot_pointer_?currentSlot_;
????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊的最后一個(gè)對(duì)象槽
????slot_pointer_?lastSlot_;
????//?指向當(dāng)前內(nèi)存區(qū)塊中的空閑對(duì)象槽
????slot_pointer_?freeSlots_;
????//?檢查定義的內(nèi)存池大小是否過小
????static_assert(BlockSize?>=?2?*?sizeof(slot_type_),?"BlockSize?too?small.");
};

#endif?//?MEMORY_POOL_HPP