详解利用C语言如何实现简单的内存池

前言

在编程过程中，尤其是对于C语言开发者，其实编程就是在使用内存，不停地变化内存中的数据。当我们想开辟一片新的内存使用时，就会使用malloc实现。但是通过查阅很多资料，发现频繁的使用malloc并不是很好的选择。原因就是如果频繁的申请、释放内存，操作系统由于内存管理算法原因，导致出现内存碎片。其实产生碎片是一件很平常的事情，为何会这样，我想主要是内存利用率与性能的一个平衡。如果操作系统很抠门，肯定会把内存分配的逻辑算的很严密，“见缝插针”这四个字能很到的诠释内存分配策略。正因为见缝插针，经过很长的使用，内存上会遍布“针眼”，但是由于针眼普遍很小，当你再去插一个较粗的针的时候，往往很久“插不进去”。因为需要判断这么多针眼哪个足够宽松的能插进去这根针。

所以，如果我们不那么抠的去实现内存分配，是不是在性能上会有很大的提高呢？答案绝对是肯定的，而且随着硬件技术的提升，内存已经不是当年的容量，服务器起步也得是16G吧，32 64也是很常见的。就连现在手机都有6G内存的，实在令台式机服务器都汗颜。

在内存池的实现结尾，会加入一块内存池使用率监测打印，开发一种内存池，通吃所有的项目场景，显然是不可取的。说一个比较时尚的名词“机器学习”。这块的目的在于通过观测内存池的使用率，从而发现哪些长度的内存比较受项目的欢迎，需要多设，哪些长度的内存使用较少，需要少设。哪些长度的没有，需要新设等等。目前这块是纯手动的，并不是动态变化的，有些调优的感觉。

内存时原理说明

模拟C语言内存分配函数malloc()和free()，我们这里也定义两个函数alloc和afree，进而模拟C语言内存的分配的实现。

• 定义一个大的字符数组，模拟一块内存池。
• 让alloc对一个大的字符数组allocbuf中的空间进行分配，该数组是alloc和afree两个函数私有的数组。
• 由于alloc和afree处理的对象是指针而不是数组下标，因此，其他函数无需知道该数组的名字，这样可以在alloc和afree处理的对象是指针而不是数组下标，因此，其他函数无需知道该数组的名字。
• 他可以在调用malloc函数或量操作系统申请一个指向操作系统申请一个指向无名存储块的指针获得。
• allocbuf中的空间使用情况也是我们需要了解，因此用allocp指针指向allocbuf数组中下一个空闲单元。当调用alloc申请n个字符时空间时，alloc检查allocbuf中的下一个空闲单元。当调用alloc申请n个字符的空间时，alloc检查allocbuf中有没由足够的空闲空间。如果有足够的空闲空间，则返回空闲块的当前位置，如果空间不够则返回0.
  

下面是简易内存池的实现原理图：

其实这个模型可以帮助我们理解关于malloc和free函数的很多东西。

代码实现

#define ALLOCSIZE 10000		 /* 可用空间的大小*/ 

static char allocbuf[ALLOCSIZE];	 /* alloc使用的存储区 */ 

static char *allocp = allocbuf; 		/* 下一个空闲位置 */ 

char *alloc(int n) 
{ 
	if(allocbuf + ALLOCSIZE - allocp > n) { 	/* 有足够的空间 */ 
		allocp += n; 
		return allocp - n; 	/* 分配前的指针P */ 
	} else {			 /* 空间不够 */ 
			return 0； 
	} 
} 

void afree(char *p)		 /* 释放p指向的存储区 */ 
{ 
	if(p >= allocbuf && p < allocbuf + ALLOCSIZE ) 
		allocp = p;
}

总结