手把手教你用 C 语言实现内存池，内存管理更轻松！

后端

2023-09-24 05:25:27

内存池：优化内存管理，杜绝内存泄露和碎片化

内存管理是编程中的重中之重，处理不当容易导致内存泄露和碎片化，给程序带来隐患。内存池是一种高效的内存管理技术，助力你化解这些内存管理难题。

内存泄露和碎片化：罪魁祸首

内存泄露： 当程序不再需要某块内存，却没有将其释放回操作系统时，该内存便被永远“遗忘”，无法被其他程序使用，久而久之造成内存浪费。
内存碎片化： 当内存中存在大量小块空闲内存时，虽然总内存足够，但这些空闲内存无法被程序使用，因为它们太小了，就像被碎片化了一样。

内存池：拯救内存的利器

内存池是一种预先分配的内存区域，程序可以从中申请和释放内存。它就像一个内存仓库，程序员可以从中“借用”和“归还”内存。

使用内存池的主要优点：

减少内存泄露： 程序不再需要内存时，可将其归还给内存池，而不是直接释放给操作系统，有效防止内存泄露。
减少内存碎片化： 内存池中的内存都是连续的，不会出现小块的空闲内存，从而减少碎片化问题。

实现内存池：一步一步

实现内存池需要以下步骤：

1. 定义内存池结构体

typedef struct mem_pool {
    void *start_addr;  // 内存池起始地址
    size_t size;       // 内存池大小
    void *end_addr;    // 内存池结束地址
    void *free_list;   // 空闲内存链表
} mem_pool_t;

2. 初始化内存池

void mem_pool_init(mem_pool_t *pool, void *start_addr, size_t size) {
    pool->start_addr = start_addr;
    pool->size = size;
    pool->end_addr = start_addr + size;
    pool->free_list = NULL;
}

3. 从内存池中分配内存

void *mem_pool_alloc(mem_pool_t *pool, size_t size) {
    void *ptr;

    // 如果空闲内存链表不为空，则从链表中分配内存
    if (pool->free_list != NULL) {
        ptr = pool->free_list;
        pool->free_list = *(void **)ptr;
    } else {
        // 如果空闲内存链表为空，则从内存池中分配内存
        if (pool->start_addr + size <= pool->end_addr) {
            ptr = pool->start_addr;
            pool->start_addr += size;
        } else {
            // 如果内存池中没有足够的内存，则返回 NULL
            ptr = NULL;
        }
    }

    return ptr;
}

4. 将内存归还给内存池

void mem_pool_free(mem_pool_t *pool, void *ptr) {
    // 将内存添加到空闲内存链表中
    *(void **)ptr = pool->free_list;
    pool->free_list = ptr;
}

5. 销毁内存池

void mem_pool_destroy(mem_pool_t *pool) {
    // 释放内存池中所有内存
    while (pool->free_list != NULL) {
        void *ptr = pool->free_list;
        pool->free_list = *(void **)ptr;
        free(ptr);
    }

    // 释放内存池本身
    free(pool);
}