C语言实现内存池 (转)

来源：互联网发布：微信电子杂志制作软件编辑：程序博客网时间：2024/05/17 02:28

什么是内存池，这里简单介绍一下（不做详细说明），内存池技术是一种用于分配大量大小相同的小对象的技术，通过该技术可以极大加快内存分配/释放过程。其原理是先申请一大块内存，然后分成若干个大小相等的小块，用链表的方式将这些小块链在一起，当开发人员需要使用内存时（分配），从链表头取下一块返回给开发人员使用；当开发人员使用完毕后（释放），再将这块内存重新挂回链表尾。这样操作的好处有如下三点：1、提高分配和释放的效率；2、避免开发人员忘记释放内存造成内存泄露；3、减少内存占用(频繁的malloc是很占内存空间的，至于为什么我就不说了，可以到网上搜索内存管理相关的内容）；

关于内存池技术的代码在网上也有不少，我也看过一些，有基于C现实的，也有C++实现的，但在这些文章里都发现两个问题，1、当开发人员使用完内存后，如果不释放，那么还是会有内存泄露的情况；2、在开发人员使用完内存后，释放的时候总会去循环判断该地址是否存在，在这种情况下，释放的效率并有没有得到提升。

那么如何解决这两个问题呢，我先简单介绍一下我这个内存池，先看段结构体：

[cpp] view plaincopyprint?

typedef struct _memory_pool
{
unsigned int blockCount;//申请块数量
unsigned int blockCountStep;//内存块数增长步长
unsigned int blockSize;//单个块的大小
unsigned int freeCount;//空闲的内存块数
MemoryBlock *freeHead; //空闲的头
MemoryBlock *freeTail; //空闲的尾
MemoryBlock *usedHead; //已使用的头
MemoryBlock *usedTail; //已使用的尾
char *pBlockMemoryHead; //块的头指针,用于释放内存时候用（因为块的分配了一大块的内存)
char *pDataMemoryHead;//数据区域头指针
} MemoryPool;

typedef struct _memory_pool { unsigned int blockCount;//申请块数量 unsigned int blockCountStep;//内存块数增长步长 unsigned int blockSize;//单个块的大小 unsigned int freeCount;//空闲的内存块数 MemoryBlock *freeHead; //空闲的头 MemoryBlock *freeTail; //空闲的尾 MemoryBlock *usedHead; //已使用的头 MemoryBlock *usedTail; //已使用的尾 char *pBlockMemoryHead; //块的头指针,用于释放内存时候用（因为块的分配了一大块的内存) char *pDataMemoryHead;//数据区域头指针 } MemoryPool;

这里面描述了详细存放信息，当池初始化时，所有块都存在空闲块中，已使用块为空，当申请一块空间时，从空闲块的头取下来放到已使用的块中，基本过程就是这样子的。下面来解决上面提到的两个问题，1、在内存泄露方面，先申请两大块的连续空间，一块用于存放块的基本信息（块链表），另一块返回给开发人员使用(数据区域)，然后用指针保存两块内存地址，这样一来，不管你是否释放，在程序需要清理内存的时候，我只需要free两次；2、在释放效率方面，我们不使用循环方式来处理，而是在返回给开发人员使用的内存块前面加4个字节存放与他关联的块信息块地址，在释放的时候，我们只需要(MemoryBlock *)((char *)ptr – 4)就能得到块地址，这样就很方便的挂回空闲块。具体现实代码如下：

[cpp] view plaincopyprint?

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>
typedef struct _memory_block
{
struct _memory_block *pNext; //下一个内存单元
struct _memory_block *pPrev; //上一个内存单元
char* data; //数据,
} MemoryBlock;
typedef struct _memory_pool
{
unsigned int blockCount;//申请块数量
unsigned int blockCountStep;//内存块数增长步长
unsigned int blockSize;//单个块的大小
unsigned int freeCount;//空闲的内存块数
MemoryBlock *freeHead; //空闲的头
MemoryBlock *freeTail; //空闲的尾
MemoryBlock *usedHead; //已使用的头
MemoryBlock *usedTail; //已使用的尾
char *pBlockMemoryHead; //块的头指针,用于释放内存时候用（因为块的分配了一大块的内存)
char *pDataMemoryHead;//数据区域头指针
} MemoryPool;
int Xpool_init(unsigned int blockCount, unsigned int blockSize);
int Xpool_destroy(void);
void* Xpool_alloc(unsigned int size);
int Xpool_free(void *ptr);
static int Xpool_block(unsigned int blockCount, unsigned int blockSize);
static MemoryPool memory;
//初始化内存池
int Xpool_init(unsigned int blockCount, unsigned int blockSize)
{
MemoryPool *p = &memory;
p->blockCount = blockCount;
p->blockSize = blockSize;
p->freeCount = blockCount;
p->blockCountStep = 100;
p->freeHead = p->freeTail = NULL;
p->usedHead = p->usedTail = NULL;
Xpool_block(blockCount, blockSize);
return 0;
}
//申请块，并且把新申请的块连到空闲块后面
static int Xpool_block(unsigned int blockCount, unsigned int blockSize)
{
MemoryPool *p = &memory;
MemoryBlock *pFree = NULL;//空闲块连表指针
p->pBlockMemoryHead = (char *)malloc(sizeof(MemoryBlock) * blockCount);//分配一大块连续的内存块空间存放块信息
p->pDataMemoryHead = (char *)malloc((blockSize + sizeof(MemoryBlock *)) * blockCount);//分配一大块连续的内存空间存放供用户使用的空间
for(unsigned int i = 0; i < blockCount; i++)
{
pFree = (MemoryBlock *)(p->pBlockMemoryHead + (sizeof(MemoryBlock) * i));//(MemoryBlock *)malloc(sizeof(MemoryBlock));
pFree->data = p->pDataMemoryHead + ((blockSize + sizeof(MemoryBlock *)) * i);//(void *)malloc(blockSize + sizeof(MemoryBlock *));//分配一块数据区域
pFree->pNext = NULL;
pFree->pPrev = p->freeTail;
if(p->freeHead == NULL){
p->freeHead = p->freeTail = pFree;
}else{
p->freeTail->pNext = pFree;
p->freeTail = pFree;
}
}
return 0;
}
//销毁内存池
int Xpool_destroy(void)
{
MemoryPool *p = &memory;
//释放内存块所占的内存
free(p->pBlockMemoryHead);
//释放数据区域所占的内存
free(p->pDataMemoryHead);
return 0;
}
//申请内存
void* Xpool_alloc(unsigned int size)
{
MemoryPool *p = &memory;
MemoryBlock *block = NULL;
if(p->freeHead == NULL){//没有可用空间
Xpool_block(p->blockCountStep, p->blockSize);
}
block = p->freeHead;//获取表头内存块
p->freeHead = block->pNext;//将空闲块的链表头
p->freeCount--;//空闲块数量减一
block->pNext = NULL;
block->pPrev = p->usedTail;//这个块的上个块是已使用块的最后一个块
//第一次使用内存？
if(p->usedHead == NULL){
p->usedHead = p->usedTail = block;//，则已使用的头和尾都指向这个块
}else{//不是第一次
p->usedTail->pNext = block;
p->usedTail = block;
}
//留下data里一个指针的空间，用于保存与数据关联的块地址
block->data = (char *)block;
return (char *)block->data + sizeof(MemoryBlock *);
}
//回收内存
int Xpool_free(void *ptr)
{
MemoryPool *p = &memory;
char *realptr = (char *)ptr - sizeof(MemoryBlock *); //数据块真实的起始地址
MemoryBlock *block = (MemoryBlock *)realptr;
if(block == NULL){
return NULL;
}
if(block->pPrev == NULL){//如果是头
p->usedHead = block->pNext;
if(p->usedHead != NULL){
p->usedHead->pPrev = NULL;
}
}else if(block->pNext == NULL){//如果是尾
p->usedTail = block->pPrev;
if(p->usedTail != NULL){
p->usedTail->pNext = NULL;
}
}else{//中间的
block->pPrev->pNext = block->pNext;
block->pNext->pPrev = block->pPrev;
}
//重置参数
block->pPrev = p->freeTail;
block->pNext = NULL;
block->data = realptr;
//加到空闲块链表
p->freeTail->pNext = block;
p->freeTail = block;
p->freeCount++;
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
Xpool_init(10, 96);
char *p = (char *)Xpool_alloc(20);
Xpool_free(p);
Xpool_destroy();
return 0;
}