C语言内存池使用

C语言的内存管理，从来都是一个让人头秃的问题。要想更自由地管理内存，就必须去堆中申请，然后还需要考虑何时释放，万一释放不当，或者没有及时释放，造成的后果都是难以估量的。

当然如果就这些，那倒也还不算什么。问题就在于，如果大量地使用malloc和free函数来申请内存，首先使要经历一个从应用层切入系统内核层，调用完成之后，再返回应用层的一系列步骤，实际上使非常浪费时间的。更重要的是，还会产生大量的内存碎片。比如，先申请了一个1KB的空间，紧接着又申请了一个8KB的空间。而后，这个1KB使用完了，被释放，但是这个空间却只有等到下一次有刚好1KB的空间申请，才能够被重新调用。这么一来，极限情况下，整个堆有可能被弄得支离破碎，最终导致大量内存浪费。

那么这种情况下，我们解决这类问题的思路，就是创建一个内存池。

内存池，实际上就是我们让程序创建出来的一块额外的缓存区域，如果有需要释放内存，先不必使用free函数，如果内存池有空，那么直接放入内存池。同样的道理，下一次程序申请空间的时候，先检查下内存池里面有没有合适的内存，如果有，则直接拿出来调用，如果没有，那么再使用malloc。

其实内存池我们就可以使用单链表来进行维护，下面通过一个通讯录的程序来说明内存池的运用。

普通的版本：

• //Example 04 V1
  
• #include
  
• #include
  
• #include
  
• 
  
• struct Person
  
• {
  
• char name[40];
  
• char phone[20];
  
• struct Person* next;
  
• };
  
• 
  
• void getinput(struct Person* person);
  
• void printPerson(struct Person* person);
  
• void addPerson(struct Person** contects);
  
• void changePerson(struct Person* contacts);
  
• void delPerson(struct Person** contacts);
  
• struct Person* findPerson(struct Person* contacts);
  
• void displayContacts(struct Person* contacts);
  
• void releaseContacts(struct Person** contacts);
  
• 
  
• void getInput(struct Person* person)
  
• {
  
• printf("请输入姓名：");
  
• scanf("%s", person->name);
  
• printf("请输入电话：");
  
• scanf("%s", person->phone);
  
• }
  
• 
  
• void addPerson(struct Person** contacts)
  
• {
  
• struct Person* person;
  
• struct Person* temp;
  
• 
  
• person = (struct Person*)malloc(sizeof(struct Person));
  
• if (person == NULL)
  
• {
  
•   printf("内存分配失败！n");
  
•   exit(1);
  
• }
  
• 
  
• getInput(person);
  
• 
  
• //将person添加到通讯录中
  
• if (*contacts != NULL)
  
• {
  
•   temp = *contacts;
  
•   *contacts = person;
  
•   person->next = temp;
  
• }
  
• else
  
• {
  
•   *contacts = person;
  
•   person->next = NULL;
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void printPerson(struct Person* person)
  
• {
  
• printf("联系人：%sn", person->name);
  
• printf("电话：%sn", person->phone);
  
• }
  
• 
  
• struct Person* findPerson(struct Person* contacts)
  
• {
  
• struct Person* current;
  
• char input[40];
  
• 
  
• printf("请输入联系人：");
  
• scanf("%s", input);
  
• 
  
• current = contacts;
  
• while (current != NULL    strcmp(current->name, input))
  
• {
  
•   current = current->next;
  
• }
  
• 
  
• return current;
  
• }
  
• 
  
• void changePerson(struct Person* contacts)
  
• {
  
• struct Person* person;
  
• 
  
• person = findPerson(contacts);
  
• if (person == NULL)
  
• {
  
•   printf("找不到联系人！n");
  
• }
  
• else
  
• {
  
•   printf("请输入联系电话：");
  
•   scanf("%s", person->phone);
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void delPerson(struct Person** contacts)
  
• {
  
• struct Person* person;
  
• struct Person* current;
  
• struct Person* previous;
  
• 
  
• //先找到待删除的节点的指针
  
• person = findPerson(*contacts);
  
• if (person == NULL)
  
• {
  
•   printf("找不到该联系人！n");
  
• }
  
• else
  
• {
  
•   current = *contacts;
  
•   previous = NULL;
  
• 
  
•   //将current定位到待删除的节点
  
•   while (current != NULL    current != person)
  
•   {
  
•    previous = current;
  
•    current = current->next;
  
•   }
  
• 
  
•   if (previous == NULL)
  
•   {
  
•    //若待删除的是第一个节点
  
•    *contacts = current->next;
  
•   }
  
•   else
  
•   {
  
•    //若待删除的不是第一个节点
  
•    previous->next = current->next;
  
•   }
  
• 
  
•   free(person);//将内存空间释放
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void displayContacts(struct Person* contacts)
  
• {
  
• struct Person* current;
  
• 
  
• current = contacts;
  
• while (current != NULL)
  
• {
  
•   printPerson(current);
  
•   current = current->next;
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void releaseContacts(struct Person** contacts)
  
• {
  
• struct Person* temp;
  
• 
  
• while (*contacts != NULL)
  
• {
  
•   temp = *contacts;
  
•   *contacts = (*contacts)->next;
  
•   free(temp);
  
• }
  
• }
  
• 
  
• int main(void)
  
• {
  
• int code;
  
• struct Person* contacts = NULL;
  
• struct Person* person;
  
• 
  
• printf("| 欢迎使用通讯录管理程序 |n");
  
• printf("|--- 1:插入新的联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 2:查找现有联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 3:更改现有联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 4:删除现有联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 5:显示当前通讯录 ---|n");
  
• printf("|--- 6:退出通讯录程序 ---|n");
  
• 
  
• while (1)
  
• {
  
•   printf("n请输入指令代码：");
  
•   scanf("%d",  code);
  
•   switch (code)
  
•   {
  
•   case 1:addPerson( contacts); break;
  
•   case 2:person = findPerson(contacts);
  
•    if (person == NULL)
  
•    {
  
•     printf("找不到该联系人！n");
  
•    }
  
•    else
  
•    {
  
•     printPerson(person);
  
•    }
  
•    break;
  
•   case 3:changePerson(contacts); break;
  
•   case 4:delPerson( contacts); break;
  
•   case 5:displayContacts(contacts); break;
  
•   case 6:goto END;
  
•   }
  
• }
  
• 
  
• END://此处直接跳出恒循环
  
• releaseContacts( contacts);
  
• 
  
• return 0;
  
• 
  
• }
  

运行结果如下：

复制

• //Consequence 04 V1
  
• | 欢迎使用通讯录管理程序 |
  
• |--- 1:插入新的联系人 ---|
  
• |--- 2:查找现有联系人 ---|
  
• |--- 3:更改现有联系人 ---|
  
• |--- 4:删除现有联系人 ---|
  
• |--- 5:显示当前通讯录 ---|
  
• |--- 6:退出通讯录程序 ---|
  
• 
  
• 请输入指令代码：1
  
• 请输入姓名：HarrisWilde
  
• 请输入电话：0101111
  
• 
  
• 请输入指令代码：1
  
• 请输入姓名：Jack
  
• 请输入电话：0101112
  
• 
  
• 请输入指令代码：1
  
• 请输入姓名：Rose
  
• 请输入电话：0101113
  
• 
  
• 请输入指令代码：2
  
• 请输入联系人：HarrisWilde
  
• 联系人：HarrisWilde
  
• 电话：0101111
  
• 
  
• 请输入指令代码：2
  
• 请输入联系人：Mike
  
• 找不到该联系人！
  
• 
  
• 请输入指令代码：5
  
• 联系人：Rose
  
• 电话：0101113
  
• 联系人：Jack
  
• 电话：0101112
  
• 联系人：HarrisWilde
  
• 电话：0101111
  
• 
  
• 请输入指令代码：3
  
• 请输入联系人：HarrisWilde
  
• 请输入联系电话：0101234
  
• 
  
• 请输入指令代码：5
  
• 联系人：Rose
  
• 电话：0101113
  
• 联系人：Jack
  
• 电话：0101112
  
• 联系人：HarrisWilde
  
• 电话：0101234
  
• 
  
• 请输入指令代码：6
  

下面加入内存池：

• //Example 04 V2
  
• #include
  
• #include
  
• #include
  
• 
  
• #define MAX 1024
  
• 
  
• struct Person
  
• {
  
• char name[40];
  
• char phone[20];
  
• struct Person* next;
  
• };
  
• 
  
• struct Person* pool = NULL;
  
• int count;
  
• 
  
• void getInput(struct Person* person);
  
• void printPerson(struct Person* person);
  
• void addPerson(struct Person** contects);
  
• void changePerson(struct Person* contacts);
  
• void delPerson(struct Person** contacts);
  
• struct Person* findPerson(struct Person* contacts);
  
• void displayContacts(struct Person* contacts);
  
• void releaseContacts(struct Person** contacts);
  
• void releasePool(void);
  
• 
  
• void getInput(struct Person* person)
  
• {
  
• printf("请输入姓名：");
  
• scanf("%s", person->name);
  
• printf("请输入电话：");
  
• scanf("%s", person->phone);
  
• }
  
• 
  
• void addPerson(struct Person** contacts)
  
• {
  
• struct Person* person;
  
• struct Person* temp;
  
• 
  
• //如果内存池不是空的，那么首先从里面获取空间
  
• if (pool != NULL)
  
• {
  
•   person = pool;
  
•   pool = pool->next;
  
•   count--;
  
• }
  
• //内存池为空，则直接申请
  
• else
  
• {
  
•   person = (struct Person*)malloc(sizeof(struct Person));
  
•   if (person == NULL)
  
•   {
  
•    printf("内存分配失败！n");
  
•    exit(1);
  
•   }
  
• }
  
• 
  
• 
  
• getInput(person);
  
• 
  
• //将person添加到通讯录中
  
• if (*contacts != NULL)
  
• {
  
•   temp = *contacts;
  
•   *contacts = person;
  
•   person->next = temp;
  
• }
  
• else
  
• {
  
•   *contacts = person;
  
•   person->next = NULL;
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void printPerson(struct Person* person)
  
• {
  
• printf("联系人：%sn", person->name);
  
• printf("电话：%sn", person->phone);
  
• }
  
• 
  
• struct Person* findPerson(struct Person* contacts)
  
• {
  
• struct Person* current;
  
• char input[40];
  
• 
  
• printf("请输入联系人：");
  
• scanf("%s", input);
  
• 
  
• current = contacts;
  
• while (current != NULL    strcmp(current->name, input))
  
• {
  
•   current = current->next;
  
• }
  
• 
  
• return current;
  
• }
  
• 
  
• void changePerson(struct Person* contacts)
  
• {
  
• struct Person* person;
  
• 
  
• person = findPerson(contacts);
  
• if (person == NULL)
  
• {
  
•   printf("找不到联系人！n");
  
• }
  
• else
  
• {
  
•   printf("请输入联系电话：");
  
•   scanf("%s", person->phone);
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void delPerson(struct Person** contacts)
  
• {
  
• struct Person* person;
  
• struct Person* current;
  
• struct Person* previous;
  
• struct Person* temp;
  
• {
  
• 
  
• };
  
• 
  
• //先找到待删除的节点的指针
  
• person = findPerson(*contacts);
  
• if (person == NULL)
  
• {
  
•   printf("找不到该联系人！n");
  
• }
  
• else
  
• {
  
•   current = *contacts;
  
•   previous = NULL;
  
• 
  
•   //将current定位到待删除的节点
  
•   while (current != NULL    current != person)
  
•   {
  
•    previous = current;
  
•    current = current->next;
  
•   }
  
• 
  
•   if (previous == NULL)
  
•   {
  
•    //若待删除的是第一个节点
  
•    *contacts = current->next;
  
•   }
  
•   else
  
•   {
  
•    //若待删除的不是第一个节点
  
•    previous->next = current->next;
  
•   }
  
• 
  
•   //判断内存池中有没有空位
  
•   if (count < MAX)
  
•   {
  
•    //使用头插法将person指向的空间插入内存池中
  
•    if (pool != NULL)
  
•    {
  
•     temp = pool;
  
•     pool = person;
  
•     person->next = temp;
  
•    }
  
•    else
  
•    {
  
•     pool = person;
  
•     person->next = NULL;
  
•    }
  
•    count++;
  
•   }
  
•   //没有空位，直接释放
  
•   else
  
•   {
  
•    free(person);//将内存空间释放
  
•   }
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void displayContacts(struct Person* contacts)
  
• {
  
• struct Person* current;
  
• 
  
• current = contacts;
  
• while (current != NULL)
  
• {
  
•   printPerson(current);
  
•   current = current->next;
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void releaseContacts(struct Person** contacts)
  
• {
  
• struct Person* temp;
  
• 
  
• while (*contacts != NULL)
  
• {
  
•   temp = *contacts;
  
•   *contacts = (*contacts)->next;
  
•   free(temp);
  
• }
  
• }
  
• 
  
• void releasePool(void)
  
• {
  
• struct Person* temp;
  
• while (pool != NULL)
  
• {
  
•   temp = pool;
  
•   pool = pool->next;
  
•   free(temp);
  
• }
  
• }
  
• 
  
• int main(void)
  
• {
  
• int code;
  
• struct Person* contacts = NULL;
  
• struct Person* person;
  
• 
  
• printf("| 欢迎使用通讯录管理程序 |n");
  
• printf("|--- 1:插入新的联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 2:查找现有联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 3:更改现有联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 4:删除现有联系人 ---|n");
  
• printf("|--- 5:显示当前通讯录 ---|n");
  
• printf("|--- 6:退出通讯录程序 ---|n");
  
• 
  
• while (1)
  
• {
  
•   printf("n请输入指令代码：");
  
•   scanf("%d",  code);
  
•   switch (code)
  
•   {
  
•   case 1:addPerson( contacts); break;
  
•   case 2:person = findPerson(contacts);
  
•    if (person == NULL)
  
•    {
  
•     printf("找不到该联系人！n");
  
•    }
  
•    else
  
•    {
  
•     printPerson(person);
  
•    }
  
•    break;
  
•   case 3:changePerson(contacts); break;
  
•   case 4:delPerson( contacts); break;
  
•   case 5:displayContacts(contacts); break;
  
•   case 6:goto END;
  
•   }
  
• }
  
• 
  
• END://此处直接跳出恒循环
  
• releaseContacts( contacts);
  
• releasePool();
  
• 
  
• return 0;
  
• 
  
• }