具有作用域的内存分配器

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2023-12-01

为了使容器对象小巧和简单起见，C++98没有要求容器支持具有状态的内存分配器，即不用把分配器对象存储在容器对象中。在C++11中，这仍然默认做法。但是，在C++0x中，也可以使用具有状态的内存分配器：这种内存分配器拥有一个指向分配区域的指针。例如：

template<class T> class Simple_alloc {   // C++98 style
   // no data
   // usual allocator stuff
};

class Arena {
   void* p;
   int s;
public:
   Arena(void* pp, int ss);
   // allocate from p[0..ss-1]
};

template<class T> struct My_alloc {
   Arena& a;
   My_alloc(Arena& aa) : a(aa) { }
   // usual allocator stuff
};

Arena my_arena1(new char[100000],100000);
Arena my_arena2(new char[1000000],1000000);

vector<int> v0;   // allocate using default allocator

vector<int,My_alloc<int>> v1(My_alloc<int>{my_arena1});   // allocate from my_arena1

vector<int,My_alloc<int>> v2(My_alloc<int>{my_arena2});   // allocate from my_arena2

vector<int,Simple_alloc<int>> v3;   // allocate using Simple_alloc

通常我们可以使用typedef来简化上述例子中繁冗的表达。

虽然并不能保证默认内存分配器和Simple_alloc不在一个vector对象中占用空间，但是在实现库的时候可以使用一些模板的元程序设计方法来做到这点。因此，如果对象拥有状态的话（比如My_alloc），内存分配器将会带来一定的空间开销。

在同时使用容器和用户自定义内存分配器时存在一个更为隐蔽的问题：一个内存分配器成员是否应该和它的容器处于相同的分配区域中？例如，你使用

Your_allocator来给Your_string的成员分配内存，而我用My_allocator来给My_vector的成员分配内存。在这种

情况下，My_vector会使用哪个分配器。要解决这问题的话就需要告诉容器使用什么分配器来传递成员。下面的例子将给出实现这一点的方法。在这个例子

中我将使用分配器My_alloc来分配vector成员和string成员。首先，我必须要有一个能够接受My_alloc对象的string版本：

//使用My_alloc的一个string类型
using xstring = basic_string<char, char_traits<char>, My_alloc<char>>;

然后，我要有一个能够接受这种string类型以及My_alloc对象的vector版本。同时，该vector版本需要能够把My_alloc对象传递给string。

using svec =  vector<xstring,scoped_allocator_adaptor<My_alloc<xstring>>>;

最后，我们可以按照下面的示例实现My_alloc类型的分配器：

svec v(svec::allocator_type(My_alloc{my_arena1}));

在此，svec是一个成员为string类型的vector，并且该vector使用My_alloc来为其string类型的成员分配内存。另外，标准

库中新提供了”adaptor” (“wrapper type”)

scoped_allocator_adaptor。它可以用来指明使用My_alloc来为string类型变量分配内存。需要注意的

是，scoped_allocator_adaptor可以将My_alloc转换为My_alloc。而这正是xstring所需要提供的功能。

于是，我们又有了4种可用于替换的方法：

// vector and string use their own (the default) allocator:
using svec0 = vector<string>;
svec0 v0;

// vector (only) uses My_alloc and string uses its own (the default) allocator:
using svec1 = vector<string,My_alloc<string>>;
svec1 v1(My_alloc<string>{my_arena1});

// vector and string use My_alloc (as above):
using xstring = basic_string<char, char_traits<char>, My_alloc<char>>;
using svec2 = vector<xstring,scoped_allocator_adaptor<My_alloc<xstring>>>;
svec2 v2(scoped_allocator_adaptor<My_alloc<xstring>>{my_arena1});

// vector uses My_alloc and string uses My_string_alloc:
using xstring2 = basic_string<char, char_traits<char>, My_string_alloc<char>>;
using svec3 = vector<xstring2,scoped_allocator_adaptor<My_alloc<xstring>, My_string_alloc<char>>>;  
svec3 v3(scoped_allocator_adaptor<My_alloc<xstring2>, My_string_alloc<char>>{my_arena1,my_string_arena});

很明显，第一种方法svec0是最常用的。但是在内存会严重影响性能的系统中，其它版本（特别是svec2）将会显得尤为重要。当然了，我们可以使用一些

typedef来增强代码的可读性。不过还好，毕竟你不用每天都写这些。另外，我们提供了scoped_allocator_adaptor2的一个变

种：scoped_allocator_adaptor2。它用于两个非默认内存分配器不一样的情况。

同时可参考：

Standard: 20.8.5 Scoped allocator adaptor [allocator.adaptor]
Pablo Halpern:
The Scoped Allocator Model (Rev 2).
N2554=08-0064.

（翻译：Yibo Zhu）