boost::pool<>::malloc 和 boost::pool<>::ordered_malloc 有什么区别，什么时候应该使用 boost::pool<>::ordered_malloc？

Question

我正在使用 boost.pool，但不知道何时使用boost::pool<>::malloc 和boost::pool<>::ordered_malloc？

所以，

1. boost::pool<>::malloc和boost::pool<>::ordered_malloc有什么区别？

2. 什么时候应该使用boost::pool<>::ordered_malloc？

Answer 1

首先，我们应该知道Boost Pool库背后的基本思想：simple_segregated_storage，它类似于单链表，负责将内存块划分为固定大小的块：

内存池保存一个空闲的内存块列表。所以我们提到了块和块：内存池使用new或malloc来分配一个内存块，并将它分成许多大小相同的内存块。
假设地址为8对齐，4个字节用于存储下一个块的地址，那么一个内存块（8字节* 32个块）如下（内存地址只是为了说明问题，不是真实的）：

现在，假设用户分配了两次 8 字节内存，因此使用了块：[0xDD00,0xDD08), [0xDD08,0xDD10)。一段时间后，用户在 [0xDD00,0xDD08) 处释放内存，因此该块将回到空闲列表。现在块是这样的：

之后用户在 [0xDD08,0xDD10) 处释放内存，将此块放回列表中的最简单方法是更新 first 以指向它，恒定时间复杂度。 simple_segregated_storage<T>::free() 正是这样做的：

void free BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION(void * const chunk)
{ //! Free a chunk.
  //! \pre chunk was previously returned from a malloc() referring to the same free list.
  //! \post !empty()
   BOOST_POOL_VALIDATE_INTERNALS
  nextof(chunk) = first;
  first = chunk;
  BOOST_POOL_VALIDATE_INTERNALS
}

之后，列表将如下所示：

现在我们注意到，在这些操作之后，块列表没有按地址排序！ 如果我们想在取消分配时保留顺序，请调用 pool<>::ordered_free() 而不是 pool<>::free() 以将内存按正确顺序放回列表中。现在我们已经知道内存池中的顺序是什么了，我们来深入研究boost::pool<>::malloc和boost::pool<>::ordered_malloc的源码：

void * malloc BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION()
{
  if (!store().empty())
    return (store().malloc)();
  return malloc_need_resize();
}

void * ordered_malloc()
{
  if (!store().empty())
    return (store().malloc)();
  return ordered_malloc_need_resize();
}

正如我们所见，它们仅在内存块列表中没有空闲块时有所不同。在这种情况下，它分配一个新的内存块，将其空闲列表合并到池的空闲列表中，这两种方法的区别在于boost::pool<>::ordered_malloc在合并空闲列表时保留了顺序。
以上是问题1。
那么，为什么顺序很重要？！似乎内存池与无序块完美配合！
首先，如果我们想找到 n 个块的连续序列，有序的空闲列表会更容易。其次，我们看一下boost::pool的派生类：boost::object_pool，它提供了在object_pool对象销毁时自动销毁未释放对象的功能，同时您也可以手动销毁该对象，例如：

class X { … };

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

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

上面的代码是可以的，没有内存泄漏或双重删除！ boost::object_pool 是如何做到这一点的？让我们找到boost::object_pool的析构函数的实现（我的机器上有boost 1.48）：

template <typename T, typename UserAllocator>
object_pool<T, UserAllocator>::~object_pool()
{
#ifndef BOOST_POOL_VALGRIND
  // handle trivial case of invalid list.
  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();
#else
   // destruct all used elements:
   for(std::set<void*>::iterator pos = this->used_list.begin(); pos != this->used_list.end(); ++pos)
   {
      static_cast<T*>(*pos)->~T();
   }
   // base class will actually free the memory...
#endif
}

它遍历内存块列表中的所有块（list，boost::pool<> 的数据成员，保存从系统分配的所有内存块的位置和大小）以查找其中是否还有块显示在空闲列表中，如果没有，则调用对象的析构函数，然后释放内存。所以这有点像std::set_intersection() 所做的那样，得到两组的交集！如果列表是排序的，这样做会快得多。其实在boost::object_pool<>中，需要顺序，公共成员函数：boost::object_pool<>::malloc()和boost::object_pool<>::free()只需分别调用boost::pool<>::ordered_malloc()和boost::pool<>::ordered_free()即可：

element_type * malloc BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION()
{ //! Allocates memory that can hold one object of type ElementType.
  //!
  //! If out of memory, returns 0. 
  //!
  //! Amortized O(1).
  return static_cast<element_type *>(store().ordered_malloc());
}
void free BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION(element_type * const chunk)
{ //! De-Allocates memory that holds a chunk of type ElementType.
  //!
  //!  Note that p may not be 0.\n
  //!
  //! Note that the destructor for p is not called. O(N).
  store().ordered_free(chunk);
}

所以对于问题 2：在大多数情况下，您不需要使用 boost::pool<>::ordered_malloc。