拿来即用的脚手架：内存池

您好，我是昊天，国内某头部音频公司的C++主程，多年的音视频开发经验，熟悉Qt、FFmpeg、OpenGL。如果你对这些方面感兴趣，欢迎关注我的公众号，一起学习，一起进步。

内存池

在C++中，动态分配和释放内存是程序开发的重要组成部分。new 和 delete 或 malloc 和 free 这样的操作虽然方便，但频繁使用可能会导致内存碎片化，并且带来额外的性能开销。

内存池（Memory Pool） 是一种优化内存管理的方法，它预先分配一大块连续的内存空间，将其划分成多个较小的内存块，在程序运行时按需分配和回收。这类似于一个“内存仓库”，减少了频繁调用系统级的内存分配操作，提高了性能和内存使用效率。

内存池的原理

内存池的基本工作原理包括以下几个步骤：

• 预分配内存：程序启动时，向系统申请一大块连续的内存空间。
• 内存块划分：将这块内存拆分成多个大小相同或不同的小块，形成可供分配的内存单元。
• 分配内存：当程序需要新对象时，从内存池中取出空闲块，而不是向操作系统请求新的内存。
• 回收内存：当对象不再使用时，归还到内存池，以备后续使用。

可以将内存池比作一个图书馆：

• 书架（内存池）上预先摆放了大量空书籍（内存块）。
• 读者（程序）借书（分配内存），可以立即取走，而不用等待印刷（系统分配新内存）。
• 归还时（释放内存），书籍回到书架，后续读者可以继续借阅。

内存池的实现

内存池按使用场景可分为固定大小块内存池和动态大小块内存池，如下：

• 固定大小块的内存池：适用于管理相同大小的对象，如所有对象的大小均为sizeof(float)*1024。
• 动态大小块的内存池：适用于管理不同大小的对象，如对象的大小为sizeof(float)*1024*ch_num;ch_num为1、2、6、8、12等。

为了方便读者朋友使用，昊天实现了如上两种的内存池：FixedMemoryPool 和 DynamicMemoryPool。在DynamicMemoryPool中，借助std::unordered_map和FixedMemoryPool实现了动态大小块的内存池。为了保证内存使用效率，动态大小块的内存池中，每个内存块的大小为16的整数倍，如16、32、48、64等。可在交流群内获取源码。

注意事项

书写和使用内存池需要注意如下问题：

• 缓冲区溢出：分配过小或未正确管理指针，可能导致非法访问。建议进行严格的边界检查，避免越界访问。
• 释放后访问：对象被释放后仍然被使用，可能导致未定义行为。建议采用 nullptr 标记已释放的指针。
• 内存泄漏：未正确释放分配的内存，导致系统内存耗尽。推荐使用智能指针（如 std::unique_ptr、std::shared_ptr）管理内存。

结论

内存池是一种优化动态内存管理的有效技术，适用于高性能、低延迟的场景，如游戏、嵌入式系统和服务器应用。固定大小块的内存池简单高效，适合同类型对象，而动态大小块的内存池灵活多变，适用于不同需求。