malloc/free 的开销，如何去掉这种开销？

     作者: rockeet 发表日期: 2009年10月18日  

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一般的malloc实现，对一块已分配的内存，都有两个机器字的簿记，甚至更多。如果不需要排错，理论上讲，只需要一个字长的额外开销，用来记录这块内存的尺寸（放在intptr[-1]处是个好主意）。

为什么需要这个开销呢？因为free传入的只是个指针，它不知道要释放多大的内存，因此free内部必须通过某种方式来获得这块内存的尺寸。

可以想象，如果用 malloc/free 来作为一个关联数组（map）的分配器，要浪费不少内存。不过好在实际数据的尺寸往往比额外消耗要大很多，相比起来，浪费的比例不算很大，况且现在内存还很便宜。

其实，打造一个高效的分配器并不难，难的是它的适用范围（多线程？cell尺寸，chunk尺寸，对齐，排错…），如果可以忍受这些缺陷，或者说是限制，还是比较值得的。下一步就是它的灵活性——让它可以更加容易集成进其它系统。

对于C标准库，如果能增加一个/一族这样的分配器，还是很有价值的。从理论上讲，只要free时多传一个size参数，就可以完全去掉额外的开销。这样两个函数就可以做到：

C++

1 2	void* salloc(size_t size); void  sfree(void* ptr, size_t size);

这样做还有一个额外的好处，就是可以更好地对齐，假定程序需要按32字节对齐，malloc/free 就至少需要32字节做簿记，如果再加上内存越界检测，就需要64字节。salloc/sfree则只需要将分配的内存对齐到32字节边界即可。

 

但是这对程序的正确性要求很高，malloc/free中，内存越界检测可以很容易实现，而salloc/sfree就完全做不到（除非增加额外簿记）。一个好主意是可以在debug版中加入这些差错功能，而在release版中去掉。

 

更好（确切地讲应该是更灵活）的方案是，实现一个

C++

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struct mpool{   // ..... }; // return success or fail int mpool_init(struct mpool* pool); void mpool_destroy(struct mpool* pool); void* mpalloc(struct mpool* pool, size_t size); void  mpfree(struct mpool* pool, void* ptr, size_t size);

 

而让 salloc/sfree简单地作为 mpool 的包装。

 

gcc的std::allocator基本上是按这样的方式实现的，只不过，它的size参数，大多数时刻是自动传递的（知道具体的class/struct，也就知道它的尺寸）。实现方式上，使用 size_aligned/align 作为索引去访问特定尺寸的mempool，一个 mempool 是多个链表串起来的大chunk，每个chunk内部是链表穿起来的cell。这也许是最好的实现方式了，除了节省的额外空间开销，时间开销上，如果不考虑加锁，一次alloc平均可以在10时钟周期内完成，dealloc用的时间更短。相比之下malloc/free耗的时间也要多得多。