c语言实现内存池

概要

所谓内存池，顾名思义和线程池的设计原理是一样的，为了减少频繁申请释放内存而带来的资源消耗，减少释放内存后产生的内存碎片。

设计理念

为了方便管理内存池的设计通常是划分出一定数量的内存块，这些内存块的长度是一样的； 用户申请内存块时返回空闲的内存块地址，如果内存块使用完毕就释放该内存块，将该内存块置为空闲状态，放回到内存池，供以后使用。

内存池的设计核心几大模块：创建内存池，申请内存块，释放内存块，销毁内存池！

当然这只是常用的内存池设计，实际项目中可以根据需求设计不同的线程池：内存块的长度不一，可以提供自定义的内存块设计等兼容性更高的内存池。

本文只做内存池原理的讲解和实现最基础的内存池！更多的功能根据实际的需求进行扩展即可。

内存池的设计思路有很多，可以给予链表，数组，队列等进行设计，核心就是怎么存储内存块信息；本期是基于链表进行的内存池设计。

模块设计

内存池结构

内存块节点结构

typedef struct MemoryBlock{
    void *data;//内存块起始地址
    struct MemoryBlock *next;//下一个内存块的地址
}MemoryBlock;

内存池结构

typedef struct MemoryPool{
    MemoryBlock *freeList;//空闲内存块链表
    MemoryBlock *usedList;//占用内存块链表
    int freeCount;//空闲内存块数量
    int usedCount;//占用内存块数量
    int blockCount;//内存块总数量
}MemoryPool;

创建内存池

通过参数确定内存池中内存块的大小和数量，然后给每个内存块开辟空间，然后初始化空闲链表，占用链表，空闲数量，占用数量等

MemoryPool *InitMemoryPool(int blockSize, int blockCount)
{
    MemoryPool *pool = NULL;

    pool = (MemoryPool *)malloc(sizeof(MemoryPool));//为内存池分配空间
    pool->freeList = NULL;
    pool->usedList = NULL;
    for(int i = 0; i < blockCount; i++)
    {
        //创建内存块节点，插入到空闲链表
        MemoryBlock * block = (MemoryBlock *)malloc(sizeof(MemoryBlock));
        block->data = malloc(blockSize);
        block->next = pool->freeList;
        pool->freeList = block;
    }
    //初始化状态
    pool->freeCount = blockCount;
    pool->usedList = 0;
    pool->blockCount = blockCount;

    return pool;
}

申请内存块

将内存池中空闲的内存块提供给用户使用，如果没有空闲内存块返回NULL。

void *AllocateBlock(MemoryPool *pool)
{
    if(pool->freeList == NULL || pool->freeCount == 0)
        return NULL;
    MemoryBlock *node = pool->freeList;
    //该内存块从空闲链表删除
    pool->freeList = node->next;
    //该内存块插入到占用链表
    node->next = pool->usedList;
    pool->usedList = node;
    //更新空闲，占用状态
    pool->usedCount++;
    pool->freeCount--;

    return node->data;
}

释放内存块

将内存块放回到内存池

void FreeBlock(MemoryPool *pool, void *data)
{
    MemoryBlock *cur = pool->usedList;
    MemoryBlock *pre = NULL;

    //寻找给内存块的节点
    while(pre != NULL && cur->data != data)
    {
        pre = cur;
        cur = cur->next;
    }
    if(cur == NULL)
        return;
    //将该内存块从占用链表删除
    if(pre != NULL)
        pre->next = cur->next;
    else
        pool->usedList = cur->next;
    //将该内存块插入到空闲链表
    cur->next = pool->freeList;
    pool->freeList = cur;

    pool->freeCount++;
    pool->usedCount--;

   return;
}

销毁内存池

销毁所有的内存块及分配过的空间

void DestroyMemoryPool(MemoryPool *pool)
{
    MemoryBlock *pre = NULL;
    //释放所有空闲内存块空间
    while(pool->freeList != NULL)
    {
        pre = pool->freeList;
        free(pool->freeList->data);
        pool->freeList = pool->freeList->next;
        free(pre);
    }
    //释放所有占用内存块空间
    while(pool->usedList != NULL)
    {
        pre = pool->usedList;
        free(pool->usedList->data);
        pool->usedList = pool->usedList->next;
        free(pre);
    }
    //释放内存池空间
    free(pool);

    pool->freeList = NULL;
    pool->usedList = NULL;
    pool->freeCount = 0;
    pool->usedCount = 0;

    return;
}

至此一个最基础的内存池算是已经完成，在实际项目中可以在此基础上进行扩展；

main函数调用

int main(void)
{
    MemoryPool *pool;

    pool = InitMemoryPool(10, 5);

    int *str = (int *)AllocateBlock(pool);
    *str = 2;
    int *ptr = (int *)AllocateBlock(pool);
    *ptr = 3;
    printf("free block : %d, used block : %d\n", pool->freeCount, pool->usedCount);
    FreeBlock(pool, ptr);
    printf("free block : %d, used block : %d\n", pool->freeCount, pool->usedCount);

    DestroyMemoryPool(pool);

    return 0;
}