C++中std::allocator的使用

 https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/78943527

标准库中包含一个名为allocator的类，允许我们将分配和初始化分离。使用allocator通常会提供更好的性能和更灵活的内存管理能力。

        new有一些灵活性上的局限，其中一方面表现在它将内存分配和对象构造组合在了一起。类似的，delete将对象析构和内存释放组合在了一起。我们分配单个对象时，通常希望将内存分配和对象初始化组合在一起。因为在这种情况下，我们几乎肯定知道对象应有什么值。当分配一大块内存时，我们通常计划在这块内存上按需构造对象。在此情况下，我们希望将内存分配和对象构造分离。这意味着我们可以分配大块内存，但只在真正需要时才真正执行对象的创建操作(同时付出一定开销)。一般情况下，将内存分配和对象构造组合在一起可能会导致不必要的浪费。

        标准库allocator类定义在头文件memory中，它帮助我们将内存分配和对象构造分离开来。它提供一种类型感知的内存分配方法，它分配的内存是原始的、未构造的。类似vector，allocator是一个模板。为了定义一个allocator对象，我们必须指明这个allocator可以分配的对象类型。当一个allocator对象分配内存时，它会根据给定的对象类型来确定恰当的内存大小和对齐位置。allocator支持的操作，如下：

        allocatro分配的内存是未构造的(unconstructed)。我们按需要在此内存中构造对象。在新标准库中，construct成员函数接受一个指针和零个或多个额外参数，在给定位置构造一个元素。额外参数用来初始化构造的对象。类似make_shared的参数，这些额外参数必须是与构造的对象的类型相匹配的合法的初始化器。

        在早期版本的标准库中，construct只接受两个参数：指向创建对象位置的指针和一个元素类型的值。因此，我们只能将一个元素拷贝到未构造空间中，而不能用元素类型的任何其它构造函数来构造一个元素。还未构造对象的情况下就使用原始内存是错误的。为了使用allocator返回的内存，我们必须用construct构造对象。使用未构造的内存，其行为是未定义的。

        当我们用完对象后，必须对每个构造的元素调用destroy来销毁它们。函数destroy接受一个指针，对执行的对象执行析构函数。我们只能对真正构造了的元素进行destroy操作。一旦元素被销毁后，就可以重新使用这部分内存来保存其它string，也可以将其归还给系统。释放内存通过调用deallocate来完成。我们传递给deallocate的指针不能为空，它必须指向由allocate分配的内存。而且，传递给deallocate的大小参数必须与调用allocate分配内存时提供的大小参数具有一样的值。

        标准库还为allocator类定义了两个伴随算法，可以在未初始化内存中创建对象。它们都定义在头文件memory中，如下：

        在C++中，内存是通过new表达式分配，通过delete表达式释放的。标准库还定义了一个allocator类来分配动态内存块。分配动态内存的程序应负责释放它所分配的内存。内存的正确释放是非常容易出错的地方：要么内存永远不会被释放，要么在仍有指针引用它时就被释放了。新的标准库定义了智能指针类型------shared_ptr、unique_ptr和weak_ptr，可令动态内存管理更为安全。对于一块内存，当没有任何用户使用它时，智能指针会自动释放它。现代C++程序应尽可能使用智能指针。

        std::allocator是标准库容器的默认内存分配器。你可以替换自己的分配器，这允许你控制标准容器分配内存的方式。

        以上内容主要摘自：《C++Primer(Fifth Edition 中文版)》第12.2.2章节

下面是从其他文章中copy的测试代码，详细内容介绍可以参考对应的reference：

1. #include "allocator.hpp"

2. #include <iostream>

3. #include <memory>

4. #include <string>

5. #include <vector>

6.  

7. namespace allocator_ {

8.  

9. ////////////////////////////////////////////////

10. // reference: C++ Primer(Fifth Edition) 12.2.2

11. int test_allocator_1()

12. {

13. std::allocator<std::string> alloc; // 可以分配string的allocator对象

14. int n{ 5 };

15. auto const p = alloc.allocate(n); // 分配n个未初始化的string

16.  

17. auto q = p; // q指向最后构造的元素之后的位置

18. alloc.construct(q++); // *q为空字符串

19. alloc.construct(q++, 10, 'c'); // *q为cccccccccc

20. alloc.construct(q++, "hi"); // *q为hi

21.  

22. std::cout << *p << std::endl; // 正确：使用string的输出运算符

23. //std::cout << *q << std::endl; // 灾难：q指向未构造的内存

24. std::cout << p[0] << std::endl;

25. std::cout << p[1] << std::endl;

26. std::cout << p[2] << std::endl;

27.  

28. while (q != p) {

29. alloc.destroy(--q); // 释放我们真正构造的string

30. }

31.  

32. alloc.deallocate(p, n);

33.  

34. return 0;

35. }

36.  

37. int test_allocator_2()

38. {

39. std::vector<int> vi{ 1, 2, 3, 4, 5 };

40.  

41. // 分配比vi中元素所占用空间大一倍的动态内存

42. std::allocator<int> alloc;

43. auto p = alloc.allocate(vi.size() * 2);

44. // 通过拷贝vi中的元素来构造从p开始的元素

45. /* 类似拷贝算法，uninitialized_copy接受三个迭代器参数。前两个表示输入序列，第三个表示

46. 这些元素将要拷贝到的目的空间。传递给uninitialized_copy的目的位置迭代器必须指向未构造的

47. 内存。与copy不同，uninitialized_copy在给定目的位置构造元素。

48. 类似copy，uninitialized_copy返回(递增后的)目的位置迭代器。因此，一次uninitialized_copy调用

49. 会返回一个指针，指向最后一个构造的元素之后的位置。

50. */

51. auto q = std::uninitialized_copy(vi.begin(), vi.end(), p);

52. // 将剩余元素初始化为42

53. std::uninitialized_fill_n(q, vi.size(), 42);

54.  

55. return 0;

56. }

57.  

58. ////////////////////////////////////////////////////////////

59. // reference: http://www.modernescpp.com/index.php/memory-management-with-std-allocator

60. int test_allocator_3()

61. {

62. std::cout << std::endl;

63.  

64. std::allocator<int> intAlloc;

65.  

66. std::cout << "intAlloc.max_size(): " << intAlloc.max_size() << std::endl;

67. int* intArray = intAlloc.allocate(100);

68.  

69. std::cout << "intArray[4]: " << intArray[4] << std::endl;

70.  

71. intArray[4] = 2011;

72.  

73. std::cout << "intArray[4]: " << intArray[4] << std::endl;

74.  

75. intAlloc.deallocate(intArray, 100);

76.  

77. std::cout << std::endl;

78.  

79. std::allocator<double> doubleAlloc;

80. std::cout << "doubleAlloc.max_size(): " << doubleAlloc.max_size() << std::endl;

81.  

82. std::cout << std::endl;

83.  

84. std::allocator<std::string> stringAlloc;

85. std::cout << "stringAlloc.max_size(): " << stringAlloc.max_size() << std::endl;

86.  

87. std::string* myString = stringAlloc.allocate(3);

88.  

89. stringAlloc.construct(myString, "Hello");

90. stringAlloc.construct(myString + 1, "World");

91. stringAlloc.construct(myString + 2, "!");

92.  

93. std::cout << myString[0] << " " << myString[1] << " " << myString[2] << std::endl;

94.  

95. stringAlloc.destroy(myString);

96. stringAlloc.destroy(myString + 1);

97. stringAlloc.destroy(myString + 2);

98. stringAlloc.deallocate(myString, 3);

99.  

100. std::cout << std::endl;

101.  

102. return 0;

103. }

104.  

105. //////////////////////////////////////////////////////

106. // reference: http://en.cppreference.com/w/cpp/memory/allocator

107. int test_allocator_4()

108. {

109. std::allocator<int> a1; // default allocator for ints

110. int* a = a1.allocate(1); // space for one int

111. a1.construct(a, 7); // construct the int

112. std::cout << a[0] << '\n';

113. a1.deallocate(a, 1); // deallocate space for one int

114.  

115. // default allocator for strings

116. std::allocator<std::string> a2;

117.  

118. // same, but obtained by rebinding from the type of a1

119. decltype(a1)::rebind<std::string>::other a2_1;

120.  

121. // same, but obtained by rebinding from the type of a1 via allocator_traits

122. std::allocator_traits<decltype(a1)>::rebind_alloc<std::string> a2_2;

123.  

124. std::string* s = a2.allocate(2); // space for 2 strings

125.  

126. a2.construct(s, "foo");

127. a2.construct(s + 1, "bar");

128.  

129. std::cout << s[0] << ' ' << s[1] << '\n';

130.  

131. a2.destroy(s);

132. a2.destroy(s + 1);

133. a2.deallocate(s, 2);

134.  

135. return 0;

136. }

137.  

138. } // namespace allocator_

GitHub： https://github.com/fengbingchun/Messy_Test