c - 从C中的缓冲区分配

Question

我正在构建一个简单的粒子系统，并希望使用结构的单个数组缓冲区来管理我的粒子。也就是说，我找不到允许我从任意缓冲区进行 malloc() 和 free() 的 C 函数。这是一些伪代码来表明我的意图:

Particle* particles = (Particle*) malloc( sizeof(Particle) * numParticles );
Particle* firstParticle = <buffer_alloc>( particles );
initialize_particle( firstParticle );
// ... Some more stuff
if (firstParticle->life < 0)
    <buffer_free>( firstParticle );

// @ program's end
free(particles);

哪里<buffer_alloc>和<buffer_free>是从任意指针分配和释放内存块的函数(可能带有附加元数据，例如缓冲区长度等)。这样的功能是否存在和/或是否有更好的方法来做到这一点？谢谢!

Answer 1

是的，你必须自己编写。它非常简单，确实很愚蠢，但与一直简单地使用 malloc() 和 free() 相比，它的性能会令人尖叫......

static const int maxParticles = 1000;

static Particle particleBuf[maxParticles]; // global static array

static Particle* headParticle;

void initParticleAllocator()
{
    Particle* p = particleBuf;
    Particle* pEnd = &particleBuf[maxParticles-1];
    // create a linked list of unallocated Particles
    while (p!=pEnd)
    {
        *((Particle**)p) = p+1;
        ++p;
    }
    *((Particle**)p) = NULL; // terminate the end of the list
    headParticle = particleBuf; // point 'head' at the 1st unalloc'ed one
}

Particle* ParticleAlloc()
{
    // grab the next unalloc'ed Particle from the list
    Particle* ret = headParticle;
    if (ret)
        headParticle = *(Particle**)ret;
    return ret; // will return NULL if no more available
}

void ParticleFree(Particle* p)
{
    // return p to the list of unalloc'ed Particles
    *((Particle**)p) = headParticle;
    headParticle = p;
}

您可以修改上面的方法，根本不从任何全局静态数组开始，并在用户调用 ParticleAlloc() 时首先使用 malloc()，但当返回 Particles 时，不要调用 free() 而是调用将返回的粒子添加到未分配粒子的链表中。然后 ParticleAlloc() 的下一个调用者将从空闲粒子列表中获取一个，而不是使用 malloc()。任何时候空闲列表中不再有空闲列表，您的 ParticleAlloc() 函数就可以回退到 malloc()。或者混合使用这两种策略，这确实是两全其美:如果您知道您的用户几乎肯定会使用至少 1000 个粒子，但有时可能需要更多，您可以从 1000 个静态数组开始，然后如果你用完了，就调用 malloc() 。如果您这样做，则 malloc() 化的不需要特殊处理；当它们返回 ParticleFree() 时，只需将它们添加到未分配的粒子列表中即可。当你的程序退出时，你不需要费心对它们调用 free() ；操作系统将释放进程的整个内存空间，因此任何泄漏的内存都将在此时清除。

我应该提到，由于您的问题被标记为“C”而不是“C++”，所以我以 C 解决方案的形式回答了它。在 C++ 中，实现相同功能的最佳方法是将“operator new”和“operator delete”方法添加到 Particle 类中。它们将包含与我上面显示的基本相同的代码，但它们覆盖(而不是重载)全局“new”运算符，并且仅对于 Particle 类，定义一个专门的分配器来替换全局“new”。很酷的事情是 Particle 对象的用户甚至不必知道有一个特殊的分配器；他们只是像平常一样使用“new”和“delete”，并且幸福地没有意识到他们的 Particle 对象来自一个特殊的预分配池。