boost::pool与内存池技术

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）。

　 　pool接口：头文件为<boost/pool/pool.hpp>，主要用于快速分配小块内存，使用时需要指定每次要分配的内存块的大 小。其malloc函数用于从内存池中分配内存；free函数用于释放内存，并交还给内存池，而不是系统；release_memory函数用于释放所有 未被分配的内存；purge_memory函数用于释放所有内存。当然，也可以不调用free或release_memory等函数，pool接口对象在 析构时会调用purge_memory自动释放所有内存。示例代码如下：

pool <>   myPool( sizeof ( int ));
for  ( int  i  =   0 ; i  <   10 ; i ++ )
{
    int   * pnNum  =  ( int   * )myPool.malloc();
    * pnNum  =  i + 1 ;
    cout  <<   * pnNum  <<  endl;
}

　 　object_pool接口：头文件为<boost/pool/object_pool.hpp>，顾名思义，主要用于对象的内存分配并自 动调用类的构造函数。其construct函数用于从内存池中分配内存并自动调用构造函数，其destroy函数用于释放内存交还给内存池并自动调用析构 函数。与pool接口一样，也可以不调用destroy函数，object_pool接口对象在析构时会自动释放所有内存并自动调用析构函数。另 外，object_pool接口也有malloc和free函数，但其malloc只分配内存而不负责构造，free只释放内存而不负责析构。因此，最好 将construct和destroy配对使用，将malloc和free配对使用，而不要两者混用。示例代码如下：

object_pool < CTest >   myObjectPool;
for  ( int  j  =   0 ; j  <   10 ; j ++ )
{
    CTest  * pTest  =  (CTest  * )myObjectPool.construct(j * j);
    if  (j  ==   5 )
    {
        myObjectPool.destroy(pTest);
    }
}

　 　singleton_pool接口：头文件为<boost/pool /singleton_pool.hpp>，singleton_pool接口的构造函数是私有的，因此不能够创建一个 singleton_pool接口的对象。singleton_pool接口提供了一些静态方法如malloc、free用于内存的分配和释放，其他方面 与pool接口相同。示例代码如下：

struct  intpool { };
struct  intpool2 { };
typedef singleton_pool < intpool,  sizeof ( int ) >  ipool1;
typedef singleton_pool < intpool2,  sizeof ( int ) >  ipool2;
for  ( int  i  =   0 ; i  <   10 ;  ++ i)
{
   int   * q1  =  ( int   * )ipool1::malloc();
   int   * q2  =  ( int   * )ipool2::malloc();
   * q1  =  i;
   * q2  =  i * i;
   cout  <<   * q1  <<   "  and  "   <<   * q2  <<  endl;
}
ipool1::purge_memory();
ipool2::purge_memory();

　　pool_allocator接口：头文件为<boost/pool/pool_allocator.hpp>，主要与STL的容器一起使用，可用于代替STL中的allocator。示例代码如下：

1 vector < int , pool_allocator < int > > vctTemp;
2 list < char , fast_pool_allocator < char > > lstTemp;
其中，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。

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Pool分配是一种分配内存方法，用于快速分配同样大小的内存块，
尤其是反复分配/释放同样大小的内存块的情况。

1. pool

快速分配小块内存，如果pool无法提供小块内存给用户，返回0。

Example:

void  func()
    {
      boost::pool <>  p( sizeof ( int ));
                       ^^^^^^^^^^^ 
                      指定每次分配的块的大小
       for  ( int  i  =   0 ; i  <   10000 ;  ++ i)
      {
         int   *   const  t  =  p.malloc();
                        pool分配指定大小的内存块；需要的时候，pool会向系统
                        申请大块内存。
        ...  //  Do something with t; don't take the time to free() it 
        p.free( t );
         //  释放内存块，交还给pool，不是返回给系统。 
      }

pool的析构函数会释放所有从系统申请到的内存。

2. object_pool

与pool的区别在于：pool需要指定每次分配的块的大小，object_pool需要指定
每次分配的对象的类型。

Example:

 struct  X { ... };  //  has destructor with side-effects 

     void  func()
    {
      boost::object_pool < X >  p;
                          ^ 
       for  ( int  i  =   0 ; i  <   10000 ;  ++ i)
      {
        X  *   const  t  =  p.malloc();
                      注意；X的构造函数不会被调用，仅仅是分配大小为sizeof(X)
                      的内存块。如果需要调用构造函数（像new一样），应该调用
                      construct。比如：
                      X  *   const  t  =  p.construct();
        ...
      }
    }

3. singleton_pool

与pool用法一样。不同的是：可以定义多个pool类型的object，都是分配同样
大小的内存块；singleton_pool提供静态成员方法分配内存，不用定义object。

Example:

  struct  MyPoolTag { };

    typedef boost::singleton_pool < MyPoolTag,  sizeof ( int ) >  my_pool;
     void  func()
    {
       for  ( int  i  =   0 ; i  <   10000 ;  ++ i)
      {
         int   *   const  t  =  my_pool::malloc();
                         //  ^^^^^^^^^
                         //  和pool不一样。 
        ...
      }

      my_pool::purge_memory();
       //  释放my_pool申请的内存。 
    }

4. pool_alloc

基于singleton_pool实现，提供allocator（用于STL等）。

Example:

 void  func()
    {
      std::vector < int , boost::pool_allocator < int >   >  v;
       for  ( int  i  =   0 ; i  <   10000 ;  ++ i)
        v.push_back( 13 );
    }

需要的话，必须自己显式地调用
boost::singleton_pool<boost::pool_allocator_tag, sizeof(int)>::release_memory()
把allocator分配的内存返回系统。

实现原理

        pool每次向系统申请一大块内存，然后分成同样大小的多个小块，形成链表连接起来。每次分配的时候，从链表中取出头上一块，提供给用户。链表为空的时候，pool继续向系统申请大块内存。一个小问题：在pool的实现中，在申请到大块内存后，马上把它分成小块形成链表。这个过程开销比较大。即你需要分配一小块内存时，却需要生成一个大的链表。用如下代码测试:

boost::pool <>  mem_pool( 16 );

for (i  =   0 ; i  <  NPASS; i ++ ) {
     period  =  clock();
   for (n  =   0 ; n  <  NITEM; n ++ ) {
   array_ptr[n]  =  ( int   * )mem_pool.malloc();
  }
   for (n  =   0 ; n  <  NITEM; n ++ ) {
   mem_pool.free(array_ptr[n]);
  }
     period  =  clock()  -  period;
     printf( " pool<>  : period = %5d ms " , period);
}

可以发现，第一遍花的时间明显多于后面的。

而且在pool的使用过程中如果不是恰好把链表中所有的小块都用上的话，在链表中最后的一些小块会始终用不上。把这些小块加入链表是多余的。虽然这个开销可能很小:)

【转自：http://blog.csdn.net/seawt/article/details/5147946】