C++内存管理之简易内存池的实现

什么是内存池？

频繁的调用 malloc 会影响运行效率以及产生额外的 cookie， 而内存池的思想是预先申请一大块内存，当有内存申请需求时，从内存池中取出一块内存分配给目标对象。

它的实现过程为：

预先申请 chunk 大小的内存池， 将内存池划按照对象大小划分成多个内存块。以链表的形式，即通过指针将内存块相连，头指针指向第一个空闲块。当有内存申请需求时，首先检查头指针是否指向空闲块，如果是则将头指针指向的第一个空闲块分配出去（从链表移除），同时头指针指向下一个空闲块；若头指针为空，说明当前内存池已分配完，需要重新申请新的内存池。当有内存释放需求时，将释放的内存块重新加入链表的表头，调整头指针指向新加入的空闲块。这也意味着，如果申请了多个内存池，在内存释放的过程中会慢慢的合并到一起。

初步实现

在上面的代码中设置一个内存池为5个内存块，当我们进行100次内存申请后，打印出前10个地址查看，可以看到前5个地址是连续的，后5个也是连续的，但中间由于重新申请了内存池，所以不是连续的。

但是这样的方法还存在着问题，那就是引入了额外的指针内存消耗，接下来将使用embedded pointer进行改进。

使用嵌入指针改进

上面就使用到了嵌入指针，一个 AirplaneRep 对象的大小为 8 字节，而一个 Airplane 的指针大小为 4 字节或 8 字节。在 32 位机器下， 指针可以借用 AirplaneRep 对象所占的 8 字节内存空间中的前 4 个字节，用来连接空闲的内存块。而当内存块需要被分配给对象时，此时它已从链表中移除，也就不需要指针来连接了。此时的 8 字节内存空间由 AirplaneRep 占据。当内存释放时也是同理，由于 Rep 和 next 不会同时用到，所以 embedded pointer 的做法可以减少内存消耗。

更简化：static allocator

前面的实现需要为每个类都重写 operator new 和 operator delete，由于内容是一样的，使用另一个类来完成这些重复的操作。

如此一来，我们的 class 只需要去调用 allocator 即可完成内存的申请和释放工作。

macor for static allocator

在上面的 Foo 和 Goo 中，每次还要写一大堆重复的内容，于是可以使用宏进一步简化：