C++の簡単なメモリアロケータ実装

はじめに

ゲーム開発においてメモリ割り当てコストが気になったので検証・勉強もかねて独自のメモリアロケータを実装しました。

設計

• メモリ割り当て時間の短縮を重視
• 固定長のメモリブロックをあらかじめ確保しておき、メモリ確保時に適切なブロック領域から割り当てを行う。
• ブロックサイズ8,16,32,64,128,256 (バイト)
• ブロック数各1024個。オーバーしたら自動で拡張
• 257バイト以上は通常のmallocを呼び出す
• 未割当領域のアドレスをスタックで管理を行う。

実装

プロジェクト一式
Github

簡潔に書くとこのような実装方法です。

int blockSize = 8;
int blockNum = 1024;
void* memoryPool = new char[blockSize * blockNum];
Stack<void*> unUsedPoolStack;

for(int i = 0; i < blockNum; i++){

    //blockSize(8バイト)ごとにアドレスをStackに詰める
    unUsedPoolStack.push(memoryPool + i * blockSize);
}

void *operator new (size_t size) {
    void* p = nullptr;
    if(size <= 8){
        //Stackからアドレスを取り出し
        p = unUsedPoolStack.top();
        unUsedPoolStack.pop();
    }
    return p;
}

void operator delete (void* p, size_t size) {
    if(size <= 8){
        //使い終わったのでStackにアドレスを追加
        unUsedPoolStack.push(p);
    }
}

結果

通常のnewと自作のnewでの計測結果
12バイトのクラスを100万個割り当てを行い、それを10回繰り返した平均時間から実行速度割合を算出しました。

newTimeRate:newのみを100万回実行した平均
deleteTimeRate:deleteのみを100万回実行した平均
new/deleteTimeRate:newとdeleteを100万回実行した平均

Debug実行時
newTimeRate:51.1945%
deleteTimeRate:33.0951%
new/deleteTimeRate:43.4589%

Release実行時
newTimeRate:19.1974%
deleteTimeRate:7.625%
new/deleteTimeRate:7.99777%

上記からnewだけ見てもDebug時で2倍、Release時で5倍の速度が出せることがわかり、
200行程度のコードでこれだけ早くなったので満足いく結果になりました！
ただ、std::allocatorは実装していないためSTLにも適応する場合は追加実装が必要です。