C++内存池实现减少动态分配开销-C++-PHP中文网

C++内存池实现减少动态分配开销

P粉602998670

发布： 2025-08-25 12:17:01

原创

870人浏览过

内存池通过预分配大块内存并维护自由链表，实现固定大小对象的快速O(1)分配与释放，减少系统调用和碎片，在高频小对象场景下显著提升C++程序性能。

c++内存池实现减少动态分配开销

在C++程序中，频繁的动态内存分配（new/delete 或 malloc/free）会带来显著的性能开销，尤其是在高并发或高频小对象分配场景下。内存池通过预先分配一大块内存并按需从中划分，有效减少了系统调用和内存碎片，从而提升性能。下面介绍一种简单高效的C++内存池实现思路和关键代码。

内存池设计目标

一个实用的内存池应具备以下特性：

减少系统调用：一次性申请大块内存，避免频繁调用 new/delete
快速分配释放：分配和释放操作尽可能接近 O(1)
支持固定大小对象：适用于小对象（如节点、消息包等）的重复使用
线程安全可选：可通过加锁支持多线程环境

基本实现原理

内存池管理一个固定大小的对象池。初始化时分配一大块连续内存，拆分为多个等大小的“槽位”。每个空闲槽位用指针链成自由链表，分配时从链表取一个节点，释放时重新链回。

示例代码：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

存了个图

视频图片解析/字幕/剪辑，视频高清保存/图片源图提取

查看详情

template <size_t ObjectSize, size_t BlockSize = 4096>
class MemoryPool {
private:
    struct Block {
        char data[BlockSize];
    };
<pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">union Node {
    char data[ObjectSize];
    Node* next;
};

Node* free_list = nullptr;
std::vector<std::unique_ptr<Block>> blocks;
size_t remaining = 0;

登录后复制

public: void allocate() { if (!free_list) { refill_free_list(); } Node node = free_list; free_list = free_list->next; return node; }

void deallocate(void* ptr) {
    if (ptr) {
        Node* node = static_cast<Node*>(ptr);
        node->next = free_list;
        free_list = node;
    }
}

登录后复制

private: void refill_free_list() { auto block = std::make_unique<Block>(); size_t num_objects = BlockSize / ObjectSize; char* start = block->data;

    // 将新块中的对象链接到自由链表
    for (size_t i = 0; i < num_objects - 1; ++i) {
        Node* curr = reinterpret_cast<Node*>(start + i * ObjectSize);
        curr->next = reinterpret_cast<Node*>(start + (i + 1) * ObjectSize);
    }
    Node* last = reinterpret_cast<Node*>(start + (num_objects - 1) * ObjectSize);
    last->next = free_list;
    free_list = reinterpret_cast<Node*>(start);

    blocks.push_back(std::move(block));
}

登录后复制

};

使用示例与性能优势

假设你有一个频繁创建销毁的结构体：

struct Message {
    int id;
    char data[64];
};
<p>// 使用内存池
MemoryPool<sizeof(Message)> pool;</p><p>Message* msg1 = new (pool.allocate()) Message();
msg1->~Message();  // 手动调用析构
pool.deallocate(msg1);

登录后复制

这种方式避免了每次 new/delete 走堆管理器，分配速度可提升数倍，尤其在循环或高频场景中效果明显。