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深度剖析 C++ 對象池自動回收技術實現

編輯：C++入門知識

深度剖析 C++ 對象池自動回收技術實現

對象池可以顯著提高性能，如果一個對象的創建非常耗時或非常昂貴，頻繁去創建的話會非常低效。對象池通過對象復用的方式來避免重復創建對象，它會事先創建一定數量的對象放到池中，當用戶需要創建對象的時候，直接從對象池中獲取即可，用完對象之後再放回到對象池中，以便復用。這種方式避免了重復創建耗時或耗資源的大對象，大幅提高了程序性能。本文將探討對象池的技術特性以及源碼實現。

對象池類圖

ObjectPool：管理對象實例的pool。
Client：使用者。

適用性：

類的實例可重用。
類的實例化過程開銷較大。
類的實例化的頻率較高。

效果：

節省了創建類實例的開銷。
節省了創建類實例的時間。
存儲空間隨著對象的增多而增大。

問題

目前縱觀主流語言的實現方式無外乎3個步驟：

一般情況下這樣是OK的，可能存在的問題是在第三步，有兩個問題：

改進動機

解決顯式回收的問題，實現自動回收，省心省力。改進之後的對象池無須提供release方法，對象會自動回收，改進之後的類圖如下。

技術內幕

借助c++11智能指針，因為智能指針可以自定義刪除器，在智能指針釋放的時候會調用刪除器，在刪除器中我們將用完的對象重新放回對象池。思路比較簡單，但實現的時候需要考慮兩個問題：

1. 什麼時候定義刪除器

自定義刪除器只做一件事，就是將對象重新放入對象池。如果對象池初始化的時候就自定義刪除器的話，刪除器中的邏輯是將對象放回對象池，放回的時候無法再定義一個這樣的刪除器，所以這種做法行不通。需要注意，回收的對象只能是默認刪除器的。除了前述原因之外，另外一個原因是對象池釋放的時候需要釋放所有的智能指針，釋放的時候如果存在自定義刪除器將會導致對象無法刪除。只有在get的時候定義刪除器才行，但是初始創建或加入的智能指針是默認刪除器，所以我們需要把智能指針的默認刪除器改為自定義刪除器。

1.2 用shared_ptr還是unique_ptr

因為我們需要把智能指針的默認刪除器改為自定義刪除器，用shared_ptr會很不方便，因為你無法直接將shared_ptr的刪除器修改為自定義刪除器，雖然你可以通過重新創建一個新對象，把原對象拷貝過來的做法來實現，但是這樣做效率比較低。而unique_ptr由於是獨占語義，提供了一種簡便的方法方法可以實現修改刪除器，所以用unique_ptr是最適合的。

1.3 實現源碼

#pragma once 
#include <memory> 
#include <vector> 
#include <functional> 
 
template <class T> 
class SimpleObjectPool 
{ 
public: 
    using DeleterType = std::function<void(T*)>; 
 
    void add(std::unique_ptr<T> t) 
    { 
        pool_.push_back(std::move(t)); 
    } 
 
    std::unique_ptr<T, DeleterType> get() 
    { 
        if (pool_.empty()) 
        { 
            throw std::logic_error("no more object"); 
        } 
 
        //every time add custom deleter for default unique_ptr 
        std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(pool_.back().release(), [this](T* t) 
        { 
            pool_.push_back(std::unique_ptr<T>(t)); 
        }); 
 
        pool_.pop_back(); 
        return std::move(ptr); 
    } 
 
    bool empty() const 
    { 
        return pool_.empty(); 
    } 
 
    size_t size() const 
    { 
        return pool_.size(); 
    } 
 
private: 
    std::vector<std::unique_ptr<T>> pool_; 
}; 
 
//test code 
void test_object_pool() 
{ 
    SimpleObjectPool<A> p; 
    p.add(std::unique_ptr<A>(new A())); 
    p.add(std::unique_ptr<A>(new A())); 
    { 
        auto t = p.get(); 
        p.get(); 
    } 
 
    { 
        p.get(); 
        p.get(); 
    } 
 
    std::cout << p.size() << std::endl; 
｝

如果你堅持用shared_ptr，那麼回收的時候你需要這樣寫：

std::shared_ptr<T> get() 
{ 
if (pool_.empty()) 
{ 
  throw std::logic_error("no more object"); 
} 
 
std::shared_ptr<T> ptr = pool_.back(); 
auto p = std::shared_ptr<T>(new T(std::move(*ptr.get())), [this](T* t) 
{ 
  pool_.push_back(std::shared_ptr<T>(t)); 
}); 
 
//std::unique_ptr<T, DeleterType> ptr(pool_.back().release(), [this](T* t) 
//{ 
// pool_.push_back(std::unique_ptr<T>(t)); 
//}); 
 
pool_.pop_back(); 
return p; 
}