boost内存池的使用介绍

Posted 2021-02-11 sjwudhwhhw

Boost库的pool提供了一个内存池分配器，用于管理在一个独立的、大的分配空间里的动态内存分配。

 

Boost库的pool主要适用于快速分配同样大小的内存块，尤其是反复分配和释放同样大小的内存块的情况。使用pool内存池主要有以下两个优点：

　　

1. 能够有效地管理许多小型对象的分配和释放工作，避免了自己去管理内存而产生的内存碎片和效率低下问题。

　　

2.  告别程序内存泄漏的烦恼，pool库会在内部对内存自动进行管理，避免了程序员一不小心而造成的内存泄漏问题。

      

pool库主要提供了四种内存池接口，分别是

pool、object_pool、singleton_pool和pool_allocator/fast_pool_allocator

 

1.   pool

pool是最简单也最容易使用的内存池类，可以返回一个简单数据类型（POD） 的内存指针。它

pool很容易使用，可以像C中的malloc()一样分配内存，然后随意使用。除非有特殊要求，否则不必对分配的内存调用free()释放，pool会很好地管理内存。例如：

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#include <boost/pool/pool.hpp>     

using namespace boost;    

int main()    

{        

    pool<> pl(sizeof(int));             //一个可分配int的内存池          

    int *p = (int *)pl.malloc();        //必须把void*转换成需要的类型         

    assert(pl.is_from(p));         

    pl.free(p);                         //释放内存池分配的内存块         

    for (int i = 0;i < 100; ++i)        //连续分配大量的内存         

    {     

        pl.ordered_malloc(10);    

    }    

}   

 

2.  object_pool

object_pool是用于类实例（对象）的内存池，它的功能与pool类似，但会在析构时对所有已经分配的内存块调用析构函数，从而正确地释放资源。

 

malloc()和free()函数分别分配和释放一块类型为ElementType*的内存块，同样，可以用is_from()来测试内存块的归属，只有是本内存池分配的内存才能被free()释放。但它们被调用时并不调用类的构造函数和析构函数，也就是说操作的是一块原始内存块，里面的值是未定义的，因此我们应当尽量少使用malloc()和free()。

object_pool的特殊之处是construct()和destroy()函数，这两个函数是object_ pool的真正价值所在。construct()实际上是一组函数，有多个参数的重载形式（目前最多支持3个参数，但可以扩展），它先调用malloc()分配内存，然后再在内存块上使用传入的参数调用类的构造函数，返回的是一个已经初始化的对象指针。destory()则先调用对象的析构函数，然后再用free()释放内存块。

 

这些函数都不会抛出异常，如果内存分配失败，将返回0。

 

object_pool的用法也是很简单，我们既可以像pool那样分配原始内存块，也可以使用construct()来直接在内存池中创建对象。当然，后一种使用方法是最方便的，也是本书所推荐的。

 

下面的代码示范了object_pool的用法：

#include <boost/pool/object_pool.hpp>    

using namespace boost;    

struct demo_class                           //一个示范用的类     

{    

public:        

    int a,b,c;        

    demo_class(int x = 1, int y = 2, int z = 3):a(x),b(y),c(z){}    

};    

int main()    

{        

    object_pool<demo_class> pl;             //对象内存池          

    demo_class *p = pl.malloc();            //分配一个原始内存块         

    assert(pl.is_from(p));       //p指向的内存未经过初始化         

    assert(p->a!=1 || p->b != 2 || p->c !=3);         

    p = pl.construct(7, 8, 9);              //构造一个对象,可以传递参数         

    assert(p->a == 7);         

    object_pool<string> pls;                //定义一个分配string对象的内存池         

    for (int i = 0; i < 10 ; ++i)           //连续分配大量string对象         

    {            

        string *ps = pls.construct("hello object_pool");            

        cout << *ps << endl;        

    }    

}                                           //所有创建的对象在这里都被正确析构、释放内存   

 

3.   singleton_pool

 

singleton_pool与pool的接口完全一致，可以分配简单数据类型（POD）的内存指针，但它是一个单件，并提供线程安全。

singleton_pool主要有两个模板类型参数（其余的可以使用缺省值）。第一个Tag仅仅是用于标记不同的单件，可以是空类，甚至是声明。第二个参数RequestedSize等同于pool构造函数中的整数requested_ size，指示pool分配内存块的大小。

singleton_pool的接口与pool完全一致，但成员函数均是静态的，因此不需要声明singleton_pool的实例 ，直接用域操作符::来调用静态成员函数。因为singleton_pool是单件，所以它的生命周期与整个程序同样长，除非手动调用release_memory()或purge_memory()，否则singleton_pool不会自动释放所占用的内存。除了这两点，singleton_pool的用法与pool完全相同。

下面的代码示范了singleton_pool的用法：

 

#include <boost/pool/singleton_pool.hpp>     

using namespace boost;    

struct pool_tag{};                                  //仅仅用于标记的空类     

typedef singleton_pool<pool_tag, sizeof(int)> spl;  //内存池定义     

int main()    

{        

    int *p = (int *)spl::malloc();                      //分配一个整数内存块         

    assert(spl::is_from(p));        

    spl::release_memory();                              //释放所有未被分配的内存     

}                                                       //spl的内存直到程序结束才完   

 

 

singleton_pool在使用时最好使用typedef来简化名称，否则会使得类型名过于冗长而难以使用。如代码中所示:

typedef singleton_pool<pool_tag, sizeof(int)> spl;   

 

用于标记的类pool_tag可以再进行简化，直接在模板参数列表中声明tag类，这样可以在一条语句中完成对singleton_pool的类型定义，例如：

typedef singleton_pool<struct pool_tag, sizeof(int)> spl;   

 

singleton_pool为单例类，是对pool的加锁封装，适用于多线程环境，其中所有函数都是静态类型。它的模版参数有5个，

tag：标记而已，无意义；

RequestedSize：block的长度；

UserAllocator：分配子，默认还是default_user_allocator_new_delete；

Mutex：锁机制，默认值最终依赖于系统环境，linux下是pthread_mutex，它是对pthread_mutex_t的封装；

NextSize：内存不足的时候，申请的block数量，默认是32。

最全面的使用singleton_pool类似这样：

typedef boost::singleton_pool<singleton_pool_tag,sizeof(CStudent),default_user_allocator_new_delete,details::pool::default_mutex,200>  global;

    它暴露的函数和pool相同。

 

4）pool_allocator/fast_pool_allocator

    stl::allocator的替换方案。两者都是基于singleton_pool实现，实现了stl::allocator要求的接口规范。两者的使用相同，区别在于pool_allocator的内部实现调用了ordered_malloc和ordered_free，可以满足对大量的连续内存块的分配请求。fast_pool_allocator 的内部实现调用了malloc和free，比较适合于一次请求单个大内存块的情况，但也适用于通用分配，不过具有一些性能上的缺点。因此推荐使用后者。 

 

#include <boost/pool/pool_alloc.hpp>

#include <vector>

typedef struct student_st

{

 char name[10];

 int age;

}CStudent; 

int main()

{

  std::vector<CStudent *,boost::fast_pool_allocator<CStudent *> > v(8);

  CStudent *pObj=new CStudent();

  v[1]=pObj;

  boost::singleton_pool<boost::fast_pool_allocator_tag,sizeof(CStudent *)>::purge_memory(); 

  return 0;

}

   

 fast_pool_allocator的模版参数有四个：类型，分配子，锁类型，内存不足时的申请的block数量，后三者都有默认值，不再说了。

它使用的singleton_pool的tag是boost::fast_pool_allocator_tag。

 

总结：

boost::pool小巧高效，多多使用，

boost::singleton_pool多线程环境下使用，不要使用两者的ordered_malloc/orderd_free函数。

boost::object_pool不建议使用，可以改造后使用。

pool_allocator/fast_pool_allocator推荐使用后者。用于与STL关连。。

 

 

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