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c++怎么实现一个内存池_c++自定义内存池的实现原理与示例

冰火之心

发布： 2025-11-06 16:31:02

原创

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内存池通过预分配内存块并管理空闲链表，减少new/delete开销，适用于频繁创建销毁对象的场景。

c++怎么实现一个内存池_c++自定义内存池的实现原理与示例

在C++中实现一个内存池，主要是为了减少频繁调用new和delete带来的性能开销，尤其适用于对象创建和销毁非常频繁的场景。内存池预先分配一大块内存，然后按需从中分配小块空间，避免系统级内存管理的额外负担。

内存池的基本原理

内存池的核心思想是：提前申请一块连续的内存空间，按固定大小或可变大小划分成多个块，当程序请求内存时，从池中返回一个可用块；释放时，并不真正归还给操作系统，而是标记为可用，供后续复用。

优点包括：

减少内存碎片
提升分配/释放速度
避免频繁系统调用

固定大小内存池的实现示例

下面是一个简单的固定大小内存池实现，适用于同一类型对象的频繁创建与销毁。

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#include <iostream>
#include <cstdlib>
<p>template <typename T, size_t BlockSize = 4096>
class MemoryPool {
private:
struct Node {
T data;
Node* next;
};</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>union FreeNode {
    T data;
    FreeNode* next;
};

FreeNode* free_list;
char* memory_block;
size_t block_size;
size_t used_bytes;

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public: MemoryPool() : free_list(nullptr), memory_block(nullptr), used_bytes(0) { memory_block = reinterpret_cast<char*>(std::malloc(BlockSize)); block_size = BlockSize; }

~MemoryPool() {
    std::free(memory_block);
    free_list = nullptr;
}

// 分配一个对象空间
T* allocate() {
    if (free_list != nullptr) {
        FreeNode* node = free_list;
        free_list = free_list->next;
        return reinterpret_cast<T*>(node);
    }

    if (used_bytes + sizeof(T) <= block_size) {
        T* ptr = new (memory_block + used_bytes) T();
        used_bytes += sizeof(T);
        return ptr;
    }

    // 如果无法分配，返回 nullptr（简化处理）
    return nullptr;
}

// 回收对象空间
void deallocate(T* ptr) {
    if (ptr == nullptr) return;
    ptr->~T();  // 显式调用析构函数

    FreeNode* node = reinterpret_cast<FreeNode*>(ptr);
    node->next = free_list;
    free_list = node;
}

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};

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// 使用示例 struct Point { int x, y; Point() : x(0), y(0) { std::cout << "Point constructed\n"; } ~Point() { std::cout << "Point destructed\n"; } };

上面代码中，MemoryPool使用联合体FreeNode来复用未使用的对象内存作为空闲链表节点。分配时优先从空闲链表取，否则从内存块中切割。回收时将对象析构并加入空闲链表。

如何使用这个内存池

int main() {
    MemoryPool<Point> pool;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>Point* p1 = pool.allocate();
Point* p2 = pool.allocate();

pool.deallocate(p1);
pool.deallocate(p2);  // 回收后可复用

Point* p3 = pool.allocate();  // 可能复用 p1 的地址
std::cout << "Allocated p3 at: " << p3 << std::endl;

return 0;

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}

输出可能显示构造两次，析构两次，且p3的地址与p1相同，说明内存被成功复用。