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再参考了《Modern C++ Design》的FixedAllocator的设计,并且优化了一下算法,虽然最坏时间复杂度还是O(N)的,但是在通常情况下,new/delete的使用已经获得了比较好的性能了。

Chunk.h和version1.0的差不多,只是去掉了析构函数,让Chunk直接被FixedAlloctor操作
Chunk.h
#ifndef CHUNK_H
#define CHUNK_H

#include 
<cassert>

struct Chunk {
    
//初始化一个Chunk
    void init(size_t blockSize, unsigned char blocks); 
    
//分配一个block
    void* allocate(size_t blockSize); 
    
//回收一个block
    void deallocate(void* p, size_t blockSize); 
    
//Chunk的起始地址
    unsigned char* pData_; 
    
//第一个可用的block
    unsigned char firstAvailableBlock_; 
    
//block的块数
    unsigned char blocksAvailable_; 
}
;

void Chunk::init(size_t blockSize, unsigned char blocks) {
    
//从操作系统申请一个Chunk的内存
    pData_ = new unsigned char[blockSize * blocks];
    firstAvailableBlock_ 
= 0;
    blocksAvailable_ 
= blocks;
    unsigned 
char *= pData_;
    
//每个可用的block存放它下一个可用的block的编号
    for (unsigned char i = 1; i < blocks; i++, p += blockSize) {
        
*= i;
    }

}


void* Chunk::allocate(size_t blockSize) {
    
if (blocksAvailable_ == 0return 0;
    unsigned 
char* pRet = pData_ + (firstAvailableBlock_ * blockSize);
    
//更新第一个可用的block
    firstAvailableBlock_ = *pRet;
    blocksAvailable_
--;
    
return pRet;
}


void  Chunk::deallocate(void* p, size_t blockSize) {
    
//判断回收的地址是否合法
    assert(p >= pData_);
    unsigned 
char* toRel = static_cast<unsigned char*>(p);
    
//判断是否合法
    assert((toRel - pData_) % blockSize == 0);
    
*toRel = firstAvailableBlock_;
    firstAvailableBlock_ 
= static_cast<unsigned char>((toRel - pData_) / blockSize);
    
//判断是否产生精度误差
    assert(firstAvailableBlock_ == ((toRel - pData_) / blockSize));
    blocksAvailable_
++;
}



#endif
FixedAllocator.h
毕竟工程还是工程,很多极端数据都是很难用到的,这个与用户使用习惯有关,对于常用的使用new的习惯(连续new,连续delete,连续new/delete)该FixedAllocator都有比较好的性能。
#ifndef FIXEDALLOCATOR_H
#define FIXEDALLOCATOR_H

#include 
"Chunk.h"
#include 
<vector>
using namespace std;

class FixedAllocator {
public :
    FixedAllocator(size_t blockSize);
    
~FixedAllocator();
    
//分配内存
    void* allocate(); 
    
//回收内存
    void deallocate(void* p); 

private :
    
//每个Chunk所含的Block数
    static const int BLOCKS;
    
//block大小
    size_t blockSize_;
    
//该FixedAllocator所含的Chunks
    vector<Chunk> chunks_;
    
//最后一个被用于分配空间的Chunk
    Chunk* lastAllocChunk_;
    
//最后一个被用于释放空间的Chunk
    Chunk* lastDeallocChunk_;
    
//被使用过的Chunks的数
    int numOfUsedChunk_;
    
//判断p是否属于某个chunk
    bool isPtrInChunk(void* p, Chunk* chunk);
}
;

const int FixedAllocator::BLOCKS = 255;

FixedAllocator::FixedAllocator(size_t blockSize) 
: blockSize_(blockSize), lastAllocChunk_(
0), lastDeallocChunk_(0), numOfUsedChunk_(0{}

FixedAllocator::
~FixedAllocator() {
    vector
<Chunk>::iterator it = chunks_.begin();
    
for (; it != chunks_.end(); it++{
        delete[] it
->pData_;
    }

}


void* FixedAllocator::allocate() {
    
if (!lastAllocChunk_ || !lastAllocChunk_->blocksAvailable_) {
        
//该Chunk不可用,需要搜索新的Chunk,deallocate保证只有vector中的最后一个块为全空
        bool noBlock = true;
        
if (numOfUsedChunk_ < chunks_.size()) {
            vector
<Chunk>::reverse_iterator it = chunks_.rbegin();
            
for (; it != chunks_.rend(); it++{
                
if (it->blocksAvailable_ > 0{
                    lastAllocChunk_ 
= &*it;
                    noBlock 
= false;
                    
break;
                }

            }

        }

        
if (noBlock) {
            
//没有可用Chunk,必须新增一个块
            numOfUsedChunk_++;
            
if (chunks_.size()+1 > chunks_.capacity()) {
                chunks_.reserve(chunks_.capacity() 
+ 1000);
            }

            Chunk newChunk;
            newChunk.init(blockSize_, BLOCKS);
            chunks_.push_back(newChunk);
            lastAllocChunk_ 
= &chunks_.back();
            lastDeallocChunk_ 
= &chunks_.back();
        }

    }

    assert(lastAllocChunk_ 
!= 0);
    assert(lastAllocChunk_
->blocksAvailable_ > 0);
    
return lastAllocChunk_->allocate(blockSize_);
}


inline 
bool FixedAllocator::isPtrInChunk(void* p, Chunk* chunk) {
    
return (p >= chunk->pData_) && (p < chunk->pData_ + (blockSize_ * BLOCKS));
}


void FixedAllocator::deallocate(void* p) {
    vector
<Chunk>::iterator pChunkToRelease;
    
if (!isPtrInChunk(p, lastDeallocChunk_)) {
        
//要释放的空间不在lastDeallocChunk中
        
//从lastDeallocChunk开始up和down方向查找
        vector<Chunk>::iterator up = lastDeallocChunk_+1;
        vector
<Chunk>::iterator down = lastDeallocChunk_;
        vector
<Chunk>::iterator begVec = chunks_.begin();
        vector
<Chunk>::iterator endVec = chunks_.end();
        
int t = 0;
        
while (down != begVec || up != endVec) {
            t 
^= 1;
            
if (up == endVec) t = 0;
            
if (down == begVec) t = 1;
            
if (t) {
                
//up方向
                if (up != endVec) {
                    
if (isPtrInChunk(p, up)) {
                        pChunkToRelease 
= up;
                        
break;
                    }

                    up
++;
                }

            }
 else {
                
//down方向
                if (down != begVec) {
                    down
--;
                    
if (isPtrInChunk(p, down)) {
                        pChunkToRelease 
= down;
                        
break;
                    }

                }

            }

        }

    }
 else {
        pChunkToRelease 
= lastDeallocChunk_;
    }

    
    assert(
&*pChunkToRelease != 0);
    pChunkToRelease
->deallocate(p, blockSize_);
    lastDeallocChunk_ 
= pChunkToRelease;

    
if (pChunkToRelease->blocksAvailable_ == BLOCKS) {
        
//该块已经空
        numOfUsedChunk_--;
        Chunk
* it = &chunks_.back();
        
if (it->blocksAvailable_ == BLOCKS) {
            
//若vector末尾的chunk已是空块,直接把pChunkToRelease删除
            if (it != pChunkToRelease) {
                delete[] pChunkToRelease
->pData_;
                chunks_.erase(pChunkToRelease);
            }

        }
 else {
            
//若vector末尾的chunk非空,把pChunkToRelease移到vector末尾
            Chunk tmp(*pChunkToRelease);
            chunks_.erase(pChunkToRelease);
            chunks_.push_back(tmp);
        }

        lastDeallocChunk_ 
= &chunks_.front();
    }

}


#endif

MemPool.h
比起1.0少了很多代码,这个是当然的,因为很多细节都被封装在FixedAllocator里面,而且还用了STL的vector,代码又减少了许多,但是测试时候发现vector貌似比自己写的list慢了点,估计原因是那个erase在list里面是O(1)但是vector是O(n)的。
#ifndef MEMPOOL_H
#define MEMPOOL_H

#include 
"FixedAllocator.h"

class MemPool {
public :
    MemPool(size_t blockSize) : blockSize_(blockSize), allocator_(
new FixedAllocator(blockSize)) {}
    
~MemPool() {
        delete allocator_;
    }

    
void* alloc(size_t size) {
        
if (size != blockSize_) {
            
return ::operator new(size);
        }

        
return allocator_->allocate();
    }

    
void free(void* p, size_t size) {
        
if (!p) return ;
        
if (size != blockSize_) {
            ::
operator delete(p);
        }

        allocator_
->deallocate(p);
    }

private :
    FixedAllocator
* allocator_;
    size_t blockSize_;
}
;


#endif

test.cpp
#include <iostream>
#include 
"FixedAllocator.h"
#include 
"MemPool.h"
#include 
"time.h"
using namespace std;

class TestClassA {
public :
    
int a;
    
static void* operator new(size_t size);
    
static void operator delete(void *p, size_t size);
    
static MemPool memPool;
}
;

inline 
void* TestClassA::operator new(size_t size) {
    
return memPool.alloc(size);
}


inline 
void TestClassA::operator delete(void* p, size_t size) {
    memPool.free(p, size);
}


MemPool TestClassA::memPool(
sizeof(TestClassA));

class TestClassB {
public :
    
int b;
}
;

const int CTIMES = 1000000;

TestClassA
* pa[CTIMES];
TestClassB
* pb[CTIMES];

int main() {
    
//测试新建1000000个SmallObjet所需要的时间
    int i;
    clock_t begA, begB, endA, endB;
        
    begB 
= clock();
    
for (i=0; i<CTIMES; i++{
        pb[i] 
= new TestClassB;
        }

    endB 
= clock();
    printf(
"Not Used MemPool Time For New = %d ms\n", endB - begB);
    

    begA 
= clock();
    
for (i=0; i<CTIMES; i++{
        pa[i] 
= new TestClassA;
    }


    endA 
= clock();
    printf(
"Used MemPool Time For New = %d ms\n", endA - begA);


    begB 
= clock();
    
for (i=CTIMES-1; i>=0; i--{
        delete pb[i];
    }

    endB 
= clock();
    printf(
"Not Used MemPool Time For Delete = %d ms\n", endB - begB);
    

    begA 
= clock();
    
for (i=0; i<CTIMES; i++{
        delete pa[i];
    }

    endA 
= clock();
    printf(
"Used MemPool Time For Delete = %d ms\n", endA - begA);
    
    
    begB 
= clock();
    
for (i=0; i<CTIMES; i++{
        pb[i] 
= new TestClassB;
        delete pb[i];
    }

    endB 
= clock();
    printf(
"Not Used MemPool Time For New/Delete = %d ms\n", endB - begB);


    begA 
= clock();
    
for (i=0; i<CTIMES; i++{
        pa[i] 
= new TestClassA;
        delete pa[i];
    }

    endA 
= clock();
    printf(
"Used MemPool Time For New/Delete = %d ms\n", endA - begA);


    
return 0;
}


测试结果如下:
Not Used MemPool Time For New = 360 ms
Used MemPool Time For New = 156 ms
Not Used MemPool Time For Delete = 531 ms
Used MemPool Time For Delete = 266 ms
Not Used MemPool Time For New/Delete = 906 ms
Used MemPool Time For New/Delete = 344 ms
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明显比version1.0好很多,接着准备写versiong1.2,希望获得更好的封装,同时优化再优化FixedAllocator的算法。还有推荐大家看《Modern C++ Design》这本书,真的很好。

posted on 2008-04-21 16:15 阅读(3222) 评论(3)  编辑 收藏 引用 所属分类: C++之梦

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# re: 内存池(version1.1) 2008-04-22 09:17 梦在天涯
Modern C++ design有点高深哦!共同研究,共同进步哦!非常感谢分享!  回复  更多评论
  
# re: 内存池(version1.1) 2008-04-22 09:23 网人
学习学习  回复  更多评论
  
# re: 内存池(version1.1) 2008-04-22 22:52 矩阵操作
一直都有在看loki,甚至我认为这是我看过最好的C++书籍,呵呵。  回复  更多评论
  

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