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MSVC++ 對象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用

前言：本文之所以強(qiáng)調(diào)MSVC, 旨在提醒讀者在不同平臺和解釋器下內(nèi)存布局和實(shí)現(xiàn)上存在差異，但編程思想通用，文中內(nèi)容大多來自筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和網(wǎng)上搜集，力求正確，但水平有限，如有不當(dāng)之處，敬請指出

面向?qū)ο螅罕疚拿嫦蛴幸欢?/span>C/C++基礎(chǔ)，并且可以讀懂部分匯編的讀者

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目錄
1. C++基本類型與結(jié)構(gòu)體內(nèi)存布局
                Key words: class,  struct, memory alignment

2．虛表, 多態(tài)與動態(tài)綁定

                Key words: Virtual Table, polymiorphism

3．對象池

                Key words: object pool , reload, new ,delete

4．內(nèi)存泄漏檢測

                Key words: memory leak detect

5．智能指針

                Key words: smart pointer

6.   編譯期類型約束
   
                Key words: compile-time ,type-constraint

第三章 對象池

Key words: object pool

對象池

對象池是一種避免在整個程序生存周期內(nèi)重復(fù)創(chuàng)建或刪除大量對象的方法。在代碼里無論何時當(dāng)你需要一個對象時，你可以在對象池中申請一個。當(dāng)你使用完畢后，將其歸還到池中。對象池僅僅創(chuàng)建一次對象，所以他們的構(gòu)造函數(shù)僅僅被調(diào)用一次，并不是每次使用時都調(diào)用。所以在對象池創(chuàng)建時僅僅做一些通用的初始化，而在對象實(shí)例調(diào)用其他非構(gòu)造函數(shù)時進(jìn)行特別賦值及操作。

一個對象池的實(shí)現(xiàn) 

 1#include <queue>
 2#include <vector>
 3#include <stdexcept>
 4#include <memory>
 5using std::queue;
 6using std::vector;
 7//
 8// template class ObjectPool
 9//
10// Provides an object pool that can be used with any class that provides a
11// default constructor
12//
13// The object pool constructor creates a pool of objects, which it hands out
14// to clients when requested via the acquireObject() method. When a client is
15// finished with the object it calls releaseObject() to put the object back
16// into the object pool.
17//
18// The constructor and destructor on each object in the pool will be called only
19// once each for the lifetime of the program, not once per acquisition and release.
20//
21// The primary use of an object pool is to avoid creating and deleting objects
22// repeatedly. The object pool is most suited to applications that use large 
23// numbers of objects for short periods of time.
24//
25// For efficiency, the object pool doesn’t perform sanity checks.
26// It expects the user to release every acquired object exactly once.
27// It expects the user to avoid using any objects that he or she has released.
28//
29// It expects the user not to delete the object pool until every object
30// that was acquired has been released. Deleting the object pool invalidates
31// any objects that the user has acquired, even if they have not yet been released.
32//
33template <typename T>
34class ObjectPool
35{
36public:
37//
38// Creates an object pool with chunkSize objects.
39// Whenever the object pool runs out of objects, chunkSize
40// more objects will be added to the pool. The pool only grows:
41// objects are never removed from the pool (freed), until
42// the pool is destroyed.
43//
44// Throws invalid_argument if chunkSize is <= 0
45//
46ObjectPool(int chunkSize = kDefaultChunkSize)
47throw(std::invalid_argument, std::bad_alloc);
48//
49// Frees all the allocated objects. Invalidates any objects that have
50// been acquired for use
51//
52~ObjectPool();
53//
54// Reserve an object for use. The reference to the object is invalidated
55// if the object pool itself is freed.
56// 
57// Clients must not free the object!
58//
59T& acquireObject();
60//
61// Return the object to the pool. Clients must not use the object after
62// it has been returned to the pool.
63//
64void releaseObject(T& obj);
65protected:
66//
67// mFreeList stores the objects that are not currently in use
68// by clients.
69//
70queue<T*> mFreeList;
71//
72// mAllObjects stores pointers to all the objects, in use
73// or not. This vector is needed in order to ensure that all
74// objects are freed properly in the destructor.
75//
76vector<T*> mAllObjects;
77int mChunkSize;
78static const int kDefaultChunkSize = 10;
79//
80// Allocates mChunkSize new objects and adds them
81// to the mFreeList
82//
83void allocateChunk();
84static void arrayDeleteObject(T* obj);
85private:
86// Prevent assignment and pass-by-value.
87ObjectPool(const ObjectPool<T>& src);
88ObjectPool<T>& operator=(const ObjectPool<T>& rhs);
89};

 

template <typename T>
ObjectPool<T>::ObjectPool(int chunkSize) throw(std::invalid_argument,
                                               std::bad_alloc) : mChunkSize(chunkSize)
{
    if (mChunkSize <= 0) {
        throw std::invalid_argument(“chunk size must be positive”);
    }
    // Create mChunkSize objects to start.
    allocateChunk();
}
//
// Allocates an array of mChunkSize objects because that’s
// more efficient than allocating each of them individually.
// Stores a pointer to the first element of the array in the mAllObjects
// vector. Adds a pointer to each new object to the mFreeList.
//
template <typename T>
void ObjectPool<T>::allocateChunk()
{
    T* newObjects = new T[mChunkSize];
    mAllObjects.push_back(newObjects);
    for (int i = 0; i < mChunkSize; i++) {
        mFreeList.push(&newObjects[i]);
    }
}
//
// Freeing function for use in the for_each algorithm in the
// destructor
//
template<typename T>
void ObjectPool<T>::arrayDeleteObject(T* obj)
{
    delete [] obj;
}
template <typename T>
ObjectPool<T>::~ObjectPool()
{
    // Free each of the allocation chunks.
    for_each(mAllObjects.begin(), mAllObjects.end(), arrayDeleteObject);
}
template <typename T>
T& ObjectPool<T>::acquireObject()
{
    if (mFreeList.empty()) {
        allocateChunk();
    }
    T* obj = mFreeList.front();
    mFreeList.pop();
    return (*obj);
}
template <typename T>
void ObjectPool<T>::releaseObject(T& obj)
{
    mFreeList.push(&obj);
}

以上是對象池的一個簡單實(shí)現(xiàn)，使用隊(duì)列mFreeList記錄可以使用的對象，使用向量mAllObjects來記錄所有的對象，以便安全釋放內(nèi)存
在實(shí)際使用中，可以使用棧來保存可用對象，這樣可以更加高效的使用內(nèi)存