通过重载operator new/delete并结合内存池技术，可高效管理小对象的频繁分配与释放。1. 为类重载operator new/delete，使其从自定义内存池分配；2. 内存池预分配大块内存，按固定大小切分为槽，用链表维护空闲块，分配和释放仅在链表中操作；3. 程序启动时初始化内存池，结束前清理资源；4. 实际使用需考虑线程安全、多尺寸支持、内存对齐及自动初始化等扩展。该方法显著降低malloc/free调用开销，适用于高频小对象场景。
实现一个简单的内存分配器，可以通过重载 operator new 并结合内存池技术来提升频繁分配小对象时的性能。这种方式避免了系统调用 malloc/free 的开销，适合特定场景下的优化。
1. 重载 operator new 和 delete
在 C++ 中，可以为类单独重载 operator new 和 operator delete，让对象的内存从自定义池中分配。
示例：为某个类重载内存管理函数：
class Object {
public:
void* operator new(std::size_t size) {
if (size != sizeof(Object)) {
return ::operator new(size); // 处理继承等情况
}
return MemoryPool::allocate();
}
void operator delete(void* ptr) noexcept {
if (ptr == nullptr) return;
MemoryPool::deallocate(ptr);
}};
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注意判断 size 是否匹配，防止派生类误用。
2. 设计简易内存池
内存池预先分配一大块内存，按固定大小切分成槽（slot），用于快速分配和释放。
基本思路：
- 使用数组或链表维护空闲块
- 首次分配时申请大块内存（如 4KB）
- 每次分配返回一个空闲 slot
- 释放时不归还给系统，仅放回空闲链表
class MemoryPool {
private:
struct Block {
Block* next;
};
static Block* freeList; static char* memoryBlock; static const size_t POOL_SIZE = 1024; static const size_t BLOCK_SIZE = sizeof(Object);
public:
static void initialize() {
memoryBlock = new char[POOL_SIZE BLOCK_SIZE];
freeList = reinterpret_cast
Block* current = freeList;
for (int i = 0; i < POOL_SIZE - 1; ++i) {
current->next = reinterpret_cast(reinterpret_cast(current) + BLOCK_SIZE);
current = current->next;
}
current->next = nullptr;
}
static void* allocate() {
if (!freeList) {
return ::operator new(BLOCK_SIZE); // 池满则 fallback
}
Block* block = freeList;
freeList = freeList->next;
return block;
}
static void deallocate(void* ptr) {
if (!ptr) return;
Block* block = static_cast(ptr);
block->next = freeList;
freeList = block;
}
static void cleanup() {
delete[] memoryBlock;
freeList = nullptr;
memoryBlock = nullptr;
} };
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// 静态成员定义 Block MemoryPool::freeList = nullptr; char MemoryPool::memoryBlock = nullptr;
3. 使用与初始化
在程序启动时初始化内存池，结束前清理资源。
int main() {
MemoryPool::initialize();
Object* a = new Object(); Object* b = new Object(); delete a; delete b; MemoryPool::cleanup(); return 0;
}
这样所有 Object 的 new/delete 都走内存池，效率更高。
4. 注意事项与扩展
实际应用中还需考虑：
- 线程安全：多线程下需加锁（如 std::mutex）
- 不同大小对象支持：可用多个池管理不同尺寸
- 内存对齐：确保每个 block 满足对齐要求
- 自动初始化：可用局部静态变量延迟初始化
也可将内存池设计成模板，适配多种类型。
基本上就这些。通过重载 new/delete 结合简单链表式内存池，就能有效减少动态分配开销，特别适用于高频创建销毁小对象的场景。
