C++內存池(memory pool)管理

１．內存池

程序員在使用C++中的動態內存分配器時，new/delete, malloc/free等操作時，可能會出現以下問題：

• Memory Leak：new一塊空間，但中間拋出錯誤，最後沒有釋放成功，導致memory leak；這個問題可以採用智能指針auto_ptr, shared_ptr, unique_ptr來解決
• Mismatching Operators：new和delete沒有配對使用，如new數組時，沒有調用delete [] array，一個ptr被多次delete等錯誤操作
  
• Fragmentation：當多次調用new和delete時，會讓heap上產生大量的外部碎片
  
• Long execution time：new/delet操作或者庫函數malloc/free有可能需要系統調用，那麼操作的overhead就會比較大
  

new/delete的一個顯著特徵是：new會分配一塊內存空間，並調用構造函數對這塊空間進行初始化。delete會首先調用對象的析構函數，然後再釋放空間。

那麼如果我們一開始分配一塊大的空間buffer，然後從buffer中進行分配小的空間，並負責回收，這就是內存池的思想：

• 預先申請好一塊內存區域，並把它分成定長的塊,當buffer中的內存不夠時：使用類似vector的擴張方法，每次內存不夠時，重新申請一塊長度爲已有內存兩倍的內存塊。
• 每次需要內存申請時，將一塊尚未分配的塊返回。每次釋放時，將傳入的內存塊重新標記爲未分配。

定長內存池在工程中應用非常廣泛。代碼量少、效率高，非常適合用作大量同類型小數據的內存管理器。所謂定長內存池，就是buffer中的內存按固定長度進行分配和回收。

不同於定長內存池，不定長內存池可以在構造後申請各種不同大小的內存塊。

實現方法：內部維護多個定長內存池，每次找到最小的能滿足條件的內存池進行內存分配。如果申請的內存大於所有的內存池大小，則直接調用malloc()
如：分別維護1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024bytes的定長內存池，對於每一個內存申請向上對齊到2的整次冪後分配對應大小的內存塊，此時空間最多浪費一倍，效率低於定長內存池

2. SGI STL中的分配器

默認使用兩級配置器
第一級配置器直接調用C的內存分配函數malloc()及realloc()，如果調用失敗則執行oom_malloc()
第二級配置器的做法是，如果區塊夠大，超過128bytes時，就移交第一級配置器處理。當區塊小於128bytes時，則以不定長內存池管理。
不定長內存池中維護16個定長內存池，大小分別爲8,16,24,32,40,48,56,64,72,80,88,96,104,112,120,128bytes，將所需的內存向上對齊至8的倍數後交由對應的定長內存池分配
所有stl容器默認使用上述stl::alloc進行內存管理