CppExplore

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(2)boost::pool系列。boost的內存池最低層是simple_segregated_storage，類似于Loki中的chunk，在其中申請釋放block（boost中把block稱為chunk，暈死，這里還是稱其為block）采用了和loki的chunk中同樣的算法，不同的是simple_segregated_storage使用void*保存block的塊序號，loki中使用char，因此boost中的simple_segregated_storage沒有255的上限限制，自然也就不需要再其上再封裝一層類似與FixedAllocator的層面。另boost沒有屏蔽塊的大小，直接提供定長的接口給用戶，省掉了SmallObjAllocator層面。因此boost的內存池申請釋放block的時間復雜度都是O(1)（object_pool和pool_allocator除外），另避免的小內存的浪費，同時boost不能象loki那樣在將block歸還給內存池的時候根據chunk的空閑數量釋放內存歸還給系統，只能顯式調用釋放內存函數或者等內存池銷毀的時候，基本上和內存池生命周期內永不釋放沒什么區(qū)別。
    boost的最低層是simple_segregated_storage,主要算法和loki中的chunk一樣，不多說了。這里說下影響上層接口的兩類實現：add_block/malloc/free、add_ordered_block/malloc/ordered_free，兩種低層實現造成boost上層設計的成功與失敗,前者效率高，和loki一樣直接增加釋放,時間復雜度O(1)，后者掃描排序，時間復雜度O(n)。
    boost提供了四種內存池模型供使用：pool、object_pool、singleton_pool、pool_allocator/fast_pool_allocator。
1）pool
基本的定長內存池

#include <boost/pool/pool.hpp>
typedef struct student_st
{
   char name[10];
   int age;
}CStudent;
int main()
{
   boost::pool<> student_pool(sizeof(CStudent));
   CStudent * const obj=(CStudent *)student_pool.malloc();
   student_pool.free(obj);
   return 0;
}

    pool的模版參數只有一個分配子類型，boost提供了兩種default_user_allocator_new_delete/default_user_allocator_malloc_free，指明申請釋放內存的時候使用new/delete，還是malloc/free，默認是default_user_allocator_new_delete。構造函數有2個參數：nrequested_size,nnext_size。nrequested_size是block的大?。ㄒ驗関oid*保存序號，因此boost內置了block的最小值，nrequested_size過小則取內置值），nnext_size是simple_segregated_storage中內存不足的時候，申請的block數量，默認是32。最全面的實例化pool類似這樣：boost::pool<boost::default_user_allocator_malloc_free> student_pool(sizeof(CStudent),255);
    pool提供的函數主要有：

malloc/free	基于add_block/malloc/free實現，高效
ordered_malloc/ordered_free	基于add_ordered_block/malloc/ordered_free實現，在pool中無任何意義，切勿使用。
release_memory/purge_memory	前者釋放池中未使用內存，后者釋放池中所有內存。另池析構也會釋放內存

2）object_pool
對象內存池，這是最失敗的一個內存池設計。

#include <boost/pool/object_pool.hpp>

class A{
public:
   A():data_(0){}
private:
   int data_;
};
int main()
{
   boost::object_pool<A> obj_pool;
   A *const pA=obj_pool.construct();
   obj_pool.destroy(pA);
   return 0;
}

    object_pool繼承至pool，有兩個模版參數，第一個就是對象類型，第二個是分配子類型，默認同pool是default_user_allocator_new_delete。構造函數參數只有nnext_size，意義以及默認值同pool。最全面的實例化object_pool類似這樣：boost::pool<A,boost::default_user_allocator_malloc_free> obj_pool(255);
object_pool提供的函數主要有（繼承至父類的略）：

malloc/free	復寫pool的malloc/free，add_ordered_block/malloc/ordered_free實現
construct/destroy	基于本類的malloc/free實現，額外調用默認構造函數和默認析構函數。
~object_pool	單獨拿出這個說下，若析構的時候有對象未被destroy，可以檢測到，釋放內存前對其執(zhí)行destroy

    為什么boost::object_pool要設計成這樣？能調用構造函數和析構函數顯然不是boost::object_pool類設計的出發(fā)點，因為構造函數只能執(zhí)行默認構造函數（首次發(fā)表錯誤：可以調用任意的構造函數，參見代碼文件：boost/pool/detail/pool_construct.inc和boost/pool/detail/pool_construct_simple.inc，感謝eXile指正），近似于無，它的重點是內存釋放時候的清理工作，這個工作默認的析構函數就足夠了。apr_pool內存池中就可以注冊內存清理函數，在釋放內存的時刻執(zhí)行關閉文件描述符、關閉socket等操作。boost::object_pool也想實現同樣的功能，因此設計了destroy這個函數，而同時為了防止用戶遺漏掉這個調用，而又在內存池析構的時候進行了檢測回收。為了這個目的而又不至于析構object_pool的時間復雜度是O(n平方），boost::object_pool付出了沉重的代價，在每次的destoy都執(zhí)行排序功能，時間復雜度O(n),最后析構的時間復雜度是O(n)，同樣為了這個目的，從simple_segregated_storage增加了add_ordered_block/ordered_free，pool增加了ordered_malloc/ordered_free等累贅多余的功能。
    基于上面討論的原因，boost::object_pool被設計成了現在的樣子，成了一個雞肋類。類的設計者似乎忘記了內存池使用的初衷，忘記了內存池中內存申請釋放的頻率很高，遠遠大于內存池對象的析構。如果你依然想使用類似于此的內存清理功能，可以在boost::object_pool上修改，不復寫malloc/free即可，重寫object_pool的析構，簡單釋放內存就好，因此析構object_pool前不要忘記調用destroy，這也是使用placement new默認遵守的規(guī)則，或者保持以前的析構函數，犧牲析構時的性能。placement new的作用是為已經申請好的內存調用構造函數，使用流程為（1）申請內存buf（2）調用placement new：new(buf)construtor()（3）調用析構destructor()（4）釋放內存buf。#include<new>可以使用placement new。
3）singleton_pool
pool的加鎖版本。

#include <boost/pool/singleton_pool.hpp>
typedef struct student_st
{
   char name[10];
   int age;
}CStudent;
typedef struct singleton_pool_tag{}singleton_pool_tag;
int main()
{
   typedef boost::singleton_pool<singleton_pool_tag,sizeof(CStudent)>  global;
   CStudent * const df=(CStudent *)global::malloc();
   global::free(df);
   return 0;
}

    singleton_pool為單例類，是對pool的加鎖封裝，適用于多線程環(huán)境，其中所有函數都是靜態(tài)類型。它的模版參數有5個，tag：標記而已，無意義；RequestedSize：block的長度；UserAllocator：分配子，默認還是default_user_allocator_new_delete；Mutex：鎖機制，默認值最終依賴于系統環(huán)境，linux下是pthread_mutex，它是對pthread_mutex_t的封裝；NextSize：內存不足的時候，申請的block數量，默認是32。最全面的使用singleton_pool類似這樣：typedef boost::singleton_pool<singleton_pool_tag,sizeof(CStudent),default_user_allocator_new_delete,details::pool::default_mutex,200>  global;
    它暴露的函數和pool相同。
4）pool_allocator/fast_pool_allocator
    stl::allocator的替換方案。兩者都是基于singleton_pool實現，實現了stl::allocator要求的接口規(guī)范。兩者的使用相同，區(qū)別在于pool_allocator的實現調用ordered_malloc/ordered_free，fast_pool_allocator的實現調用malloc/free，因此推薦使用后者。

#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的模版參數有四個：類型，分配子，鎖類型，內存不足時的申請的block數量，后三者都有默認值，不再說了。它使用的singleton_pool的tag是boost::fast_pool_allocator_tag。
評價：boost::pool小巧高效，多多使用，多線程環(huán)境下使用boost::singleton_pool，不要使用兩者的ordered_malloc/ordered_free函數。boost::object_pool不建議使用，可以改造后使用。pool_allocator/fast_pool_allocator推薦使用后者。