C++ STL 容器内存池

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oioihoii 2025-01-22 15:10:05 博主文章分类：C++ ©著作权

文章标签 c++ dubbo 开发语言自定义内存管理 文章分类 Python 后端开发

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C++ STL 容器内存池_内存管理

在 C++ 中，标准模板库（STL）提供了一系列强大的容器，如 vector、list、map 等。这些容器在内存管理方面非常灵活，但在某些情况下，使用默认的内存分配方式可能会导致性能瓶颈，尤其是在频繁的内存分配和释放操作中。为了优化内存管理，内存池（Memory Pool）是一种常用的技术。

什么是内存池？

内存池是一种预先分配一块内存区域的技术，允许程序在需要时从这块区域中分配和释放内存。通过这种方式，可以减少内存分配的开销，提高程序的性能。

内存池的优点

减少内存碎片：内存池可以通过集中管理内存，减少内存碎片的产生。
提高性能：内存池的分配和释放速度通常比使用标准的 new 和 delete 快。
控制内存使用：可以更好地控制内存的使用和释放，避免内存泄漏。

内存池的缺点

复杂性：实现内存池需要额外的代码和管理逻辑，增加了程序的复杂性。
内存浪费：如果内存池的大小设置不当，可能会导致内存的浪费。

C++ STL 容器与内存池

STL 容器在内部使用 allocator 来管理内存。我们可以自定义一个内存池分配器，并将其与 STL 容器结合使用。

自定义内存池分配器

下面是一个简单的内存池分配器的实现示例：

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

template <typename T>
class MemoryPool {
public:
    MemoryPool(size_t size) : poolSize(size), pool(new T[size]), freeList(size) {
        for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
            freeList[i] = &pool[i];
        }
    }

    ~MemoryPool() {
        delete[] pool;
    }

    T* allocate() {
        if (freeList.empty()) {
            throw std::bad_alloc();
        }
        T* ptr = freeList.back();
        freeList.pop_back();
        return ptr;
    }

    void deallocate(T* ptr) {
        freeList.push_back(ptr);
    }

private:
    size_t poolSize;
    T* pool;
    std::vector<T*> freeList;
};

template <typename T>
class PoolAllocator {
public:
    using value_type = T;

    PoolAllocator(MemoryPool<T>& pool) : memoryPool(pool) {}

    T* allocate(std::size_t n) {
        if (n != 1) {
            throw std::bad_alloc();
        }
        return memoryPool.allocate();
    }

    void deallocate(T* p, std::size_t n) {
        if (n != 1) {
            throw std::bad_alloc();
        }
        memoryPool.deallocate(p);
    }

private:
    MemoryPool<T>& memoryPool;
};

使用自定义分配器的 STL 容器

我们可以使用自定义的内存池分配器来创建 STL 容器：

int main() {
    MemoryPool<int> intPool(10); // 创建一个大小为10的内存池
    PoolAllocator<int> allocator(intPool);

    // 使用自定义分配器创建 vector
    std::vector<int, PoolAllocator<int>> vec(allocator);
    
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        vec.push_back(i);
    }

    for (const auto& value : vec) {
        std::cout << value << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}