C++內(nèi)存管理變革(4)：boost::object

quasiceo 2014-01-18

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C++內(nèi)存管理變革(4)：boost::object_pool與gc allocator

分類：內(nèi)存管理（Memory） C++ 2007-04-21 20:59 8355人閱讀評論(5) 收藏舉報

object c++algorithm class list

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C++內(nèi)存管理變革(4): boost::object_pool

許式偉 (版權(quán)聲明)
2007-4-21

這篇文章拖的有點久了。NeutralEvil 在3個月之前就在催促我繼續(xù)寫了。只是出于WinxGui完整性的考慮，我一直在刻意優(yōu)先去補(bǔ)充其它方面的文章，而不是讓人去誤會WinxGui是一個內(nèi)存管理庫了。:)

言歸正傳。我們在內(nèi)存池(MemPool)技術(shù)詳解已經(jīng)介紹了boost::pool組件。從內(nèi)存管理觀念的變革來看，這是是一個傳統(tǒng)的MemPool組件，盡管也有一定的改進(jìn)（但只是性能上的改進(jìn)）。但boost::object_pool不同，它與我在C++內(nèi)存管理變革強(qiáng)調(diào)的觀念非常吻合?？梢哉J(rèn)為，boost::object_pool是一種不通用的gc allocator組件。

我已經(jīng)多次提出gc allocator的概念。這里仍然需要強(qiáng)調(diào)一下，所謂gc allocator，是指具垃圾回收能力的allocator。C++內(nèi)存管理變革(1) 中我們引入了這個概念，但是沒有明確gc allocator一詞。

boost::object_pool內(nèi)存管理觀念

boost::object_pool的了不起之處在于，這是C++從庫的層次上頭一次承認(rèn)，程序員在內(nèi)存管理上是會犯錯誤的，由程序員來確保內(nèi)存不泄漏是困難的。boost::object_pool允許你忘記釋放內(nèi)存。我們來看一個例子：

    class X { … };

    void func()
    {
        boost::object_pool<X> alloc;

        X* obj1 = alloc.construct();
        X* obj2 = alloc.construct();
        alloc.destroy(obj2);
    }

如果boost::object_pool只是一個普通的allocator，那么這段代碼顯然存在問題，因為obj1的析構(gòu)函數(shù)沒有執(zhí)行，申請的內(nèi)存也沒有釋放。

但是這段代碼是完全正常的。是的，obj1的析構(gòu)確實執(zhí)行了，所申請內(nèi)存也被釋放了。這就是說，boost::object_pool既支持你手工釋放內(nèi)存（通過主動調(diào)用object_pool::destroy），也支持內(nèi)存的自動回收（通過object_pool::~object_pool析構(gòu)的執(zhí)行）。這正符合gc allocator的規(guī)格。

注：內(nèi)存管理更好的說法是對象管理。內(nèi)存的申請和釋放更確切的說是對象的創(chuàng)建和銷毀。但是這里我們不刻意區(qū)分這兩者的差異。

boost::object_pool與AutoFreeAlloc

我們知道，AutoFreeAlloc不支持手工釋放，而只能等到AutoFreeAlloc對象析構(gòu)的時候一次性全部釋放內(nèi)存。那么，是否可以認(rèn)為boost::object_pool是否比AutoFreeAlloc更加完備呢？

其實不然。boost::object_pool與AutoFreeAlloc都不是完整意義上的gc allocator。AutoFreeAlloc因為它只能一次性釋放，故此僅僅適用特定的用況。然而盡管AutoFreeAlloc不是普適的，但它是通用型的gc allocator。而boost::object_pool只能管理一種對象，并不是通用型的allocator，局限性其實更強(qiáng)。

boost::object_pool的實現(xiàn)細(xì)節(jié)

大家對boost::object_pool應(yīng)該已經(jīng)有了一個總體的把握?，F(xiàn)在，讓我們深入到object_pool的實現(xiàn)細(xì)節(jié)中去。

在內(nèi)存池(MemPool)技術(shù)詳解中，我們介紹boost::pool組件時，特意提醒大家留意pool::ordered_malloc/ordered_free函數(shù)。事實上，boost::object_pool的malloc/construct, free/destroy函數(shù)調(diào)用了pool::ordered_malloc, ordered_free函數(shù)，而不是pool::malloc, free函數(shù)。

讓我們解釋下為什么。

其實這其中的關(guān)鍵，在于object_pool要支持手工釋放內(nèi)存和自動回收內(nèi)存（并自動執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)）兩種模式。如果沒有自動析構(gòu)，那么普通的MemPool就足夠了，也就不需要ordered_free。既然有自動回收，同時又存在手工釋放，那么就需要區(qū)分內(nèi)存塊（MemBlock）中哪些結(jié)點（Node）是自由內(nèi)存結(jié)點（FreeNode），哪些結(jié)點是已經(jīng)使用的。對于哪些已經(jīng)是自由內(nèi)存的結(jié)點，顯然不能再調(diào)用對象的析構(gòu)函數(shù)。

我們來看看object_pool::~object_pool函數(shù)的實現(xiàn)：

template <typename T, typename UserAllocator>
object_pool<T, UserAllocator>::~object_pool()
{
  // handle trivial case
  if (!this->list.valid())
    return;

  details::PODptr<size_type> iter = this->list;
  details::PODptr<size_type> next = iter;

  // Start ’freed_iter’ at beginning of free list
  void * freed_iter = this->first;

  const size_type partition_size = this->alloc_size();

  do
  {
    // increment next
    next = next.next();

    // delete all contained objects that aren’t freed

    // Iterate ’i' through all chunks in the memory block
    for (char * i = iter.begin(); i != iter.end(); i += partition_size)
    {
      // If this chunk is free
      if (i == freed_iter)
      {
        // Increment freed_iter to point to next in free list
        freed_iter = nextof(freed_iter);

        // Continue searching chunks in the memory block
        continue;
      }

      // This chunk is not free (allocated), so call its destructor
      static_cast<T *>(static_cast<void *>(i))->~T();
      // and continue searching chunks in the memory block
    }

    // free storage
    UserAllocator::free(iter.begin());

    // increment iter
    iter = next;
  } while (iter.valid());

  // Make the block list empty so that the inherited destructor doesn’t try to
  //  free it again.
  this->list.invalidate();
}

這段代碼不難理解，object_pool遍歷所有申請的內(nèi)存塊（MemBlock），并遍歷其中所有結(jié)點（Node），如果該結(jié)點不出現(xiàn)在自由內(nèi)存結(jié)點（FreeNode）的列表（FreeNodeList）中，那么，它就是用戶未主動釋放的結(jié)點，需要進(jìn)行相應(yīng)的析構(gòu)操作。

現(xiàn)在你明白了，ordered_malloc是為了讓MemBlockList中的MemBlock有序，ordered_free是為了讓FreeNodeList中的所有FreeNode有序。而MemBlockList, FreeNodeList有序，是為了更快地檢測Node是自由的還是被使用的（這實際上是一個集合求交的流程，建議你看看std::set_intersection，它定義在STL的<algorithm>中）。

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查看評論

5樓 xushiweizh 2007-04-24 12:46發(fā)表 [回復(fù)]: to healer_kx: 很懷念上次的聚會啊。把你整理的聯(lián)系人列表也發(fā)一份給我吧。:)

4樓 xushiweizh 2007-04-24 10:17發(fā)表 [回復(fù)]: to baickl:
1、我是從內(nèi)存管理變革的角度來看這個問題，并不關(guān)心這個功能的主次。所以和你的說法沒有沖突。
2、其實boost::object_pool可以更加高效一些，如果不考慮自動回收的話。目前復(fù)雜度為o(N)，但其實可以做到o(1)，相信實現(xiàn)后者很多人自己都做過了。

3樓 baickl 2007-04-24 00:03發(fā)表 [回復(fù)]: “boost::object_pool的了不起之處在于，這是C++從庫的層次上頭一次承認(rèn)，程序員在內(nèi)存管理上是會犯錯誤的”。
這樣理解會不會有誤，boost之所以推出object_pool是為了更高效的創(chuàng)建對象，更高效的利用內(nèi)存，自動清除用戶創(chuàng)建過的東西，只不過是他的附帶功能而已。不能這么理解。

2樓 healer_kx 2007-04-23 09:19發(fā)表 [回復(fù)]: 緣份啊，我是甘草～
期待你寫出更多的好東西來。

1樓 xushiweizh 2007-04-22 10:56發(fā)表 [回復(fù)]: 注意一點，我在介紹MemPool中，引入MemBlock，Node兩個概念，這里沿用了下。而從boost代碼中的注釋來看，MemBlock術(shù)語兩者是一致的，但是我說的Node在boost::pool, object_pool中稱為Chunk（塊）。