第10篇:C++ 堆内存管理器-allocator
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发布时间：2024-09-29 06:08
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时间：2024-10-01 23:49
在历史背景中，Alexander Stepanov提出了分配器的想法，其动机是使容器完全独立于底层内存模型。他打算让分配器完全封装内存模型，但标准委员会发现这很危险，因为这种方法会导致不可接受的效率下降。因此，分配器的当前用途是让程序员控制容器内的内存分配，而不是采用底层硬件的地址模型。
本文将从零实现自己的内存分配器，理解std::allocator的内部运行机制，自定义allocator有很多现实的原因。每个容器实例中都有一个Allocator实例，它向分配器请求存储来存储元素。分配器应具备的基本成员函数如下：
标准库中的allocator还有一些可选的成员，视不同C++编译器版本而异。接下来是MyAllocator的实现，首先在调用层代码中，声明一个vector实例，显式传入我们自定义的MyAllocator，并使用他来分配内存。
以下是MyAllocator的定义，并定义了标准库规定的所有类型别名，这里列出所有类型别名仅仅为了完整说明一个allocator的实现过程。接下来是allocator的堆内存管理接口，需要实现的是allocate成员函数和dealloc成员函数，整个allocator的堆内存管理都围绕这两个接口展开。
在MyAllocator实现的allocate和deallocate函数是必须的，同时定义了另一个allocate版本的成员函数，接受一个numObjs参数，并接受一个已分配堆内存的指针，他是一个只想最近分配的元素的指针。可以使用他来改进已分配内存的释放，但在我们的示例中，我们会忽略它并立即返回。
此外，构造和销毁对象的函数也在MyAllocator中实现，这些函数在C++20中已被废弃，但为了完整性，这里仍然提及。在C++20之前的标准库中，我们有construct和destroy接口，用于在我们分配的内存中构造类型T的实际对象。当调用new操作符分配了原始内存，new操作符并不会执行任何类型T的初始化。
在MyAllocator实现中，构造函数和销毁函数的运行原理非常简单，它们在内部调用类型T的构造函数，并转发外部的任意参数传递给类型T的构造函数。同样，destroy接口实现如下，这两个函数默认情况下是完全可选，这里展示如何完整的MyAllocator的自定义实现。
内置绑定机制是分配器的难点，它是一个类模板的成员。rebind内部类成员根据标准库的定义，rebind被定义为std::allocator类的结构成员，用于不同参数类型的分配器实例。当容器内部可能需要分配不同类型的对象，例如std::list时，分配器MyAllocator用于分配类型T的对象，而std::list实际上需要分配某个节点类型Node的对象。通常会用另为一个模板参数U来表示调用节点类型Node，std::list需要获得类型U对象的分配器，该分配器使用MyAllocator提供的分配机制。
在自定义的数据结构容器类的private作用域定义一个类型别名，以指定相应的类型。关于MyAllocator的全貌，其实现大概如下代码，若要确认该自定义的MyAllocator和std::allocator一样能够对所有std的容器起到作用，不妨在增加一些计数器的数据成员。
调用代码的基本形式如下，用vector执行下面的测试如下...
总结，本文通过原生实现的MyAllocator来说明std::allocator的内部机制，提供了一个全面的自定义实现示例。通过理解并实现自己的内存分配器，可以更深入地了解标准库中allocator的工作原理和设计。如有帮助，欢迎通过微信或支付宝支持作者。
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时间：2024-10-01 23:49
在历史背景中，Alexander Stepanov提出了分配器的想法，其动机是使容器完全独立于底层内存模型。他打算让分配器完全封装内存模型，但标准委员会发现这很危险，因为这种方法会导致不可接受的效率下降。因此，分配器的当前用途是让程序员控制容器内的内存分配，而不是采用底层硬件的地址模型。
本文将从零实现自己的内存分配器，理解std::allocator的内部运行机制，自定义allocator有很多现实的原因。每个容器实例中都有一个Allocator实例，它向分配器请求存储来存储元素。分配器应具备的基本成员函数如下：
标准库中的allocator还有一些可选的成员，视不同C++编译器版本而异。接下来是MyAllocator的实现，首先在调用层代码中，声明一个vector实例，显式传入我们自定义的MyAllocator，并使用他来分配内存。
以下是MyAllocator的定义，并定义了标准库规定的所有类型别名，这里列出所有类型别名仅仅为了完整说明一个allocator的实现过程。接下来是allocator的堆内存管理接口，需要实现的是allocate成员函数和dealloc成员函数，整个allocator的堆内存管理都围绕这两个接口展开。
在MyAllocator实现的allocate和deallocate函数是必须的，同时定义了另一个allocate版本的成员函数，接受一个numObjs参数，并接受一个已分配堆内存的指针，他是一个只想最近分配的元素的指针。可以使用他来改进已分配内存的释放，但在我们的示例中，我们会忽略它并立即返回。
此外，构造和销毁对象的函数也在MyAllocator中实现，这些函数在C++20中已被废弃，但为了完整性，这里仍然提及。在C++20之前的标准库中，我们有construct和destroy接口，用于在我们分配的内存中构造类型T的实际对象。当调用new操作符分配了原始内存，new操作符并不会执行任何类型T的初始化。
在MyAllocator实现中，构造函数和销毁函数的运行原理非常简单，它们在内部调用类型T的构造函数，并转发外部的任意参数传递给类型T的构造函数。同样，destroy接口实现如下，这两个函数默认情况下是完全可选，这里展示如何完整的MyAllocator的自定义实现。
内置绑定机制是分配器的难点，它是一个类模板的成员。rebind内部类成员根据标准库的定义，rebind被定义为std::allocator类的结构成员，用于不同参数类型的分配器实例。当容器内部可能需要分配不同类型的对象，例如std::list时，分配器MyAllocator用于分配类型T的对象，而std::list实际上需要分配某个节点类型Node的对象。通常会用另为一个模板参数U来表示调用节点类型Node，std::list需要获得类型U对象的分配器，该分配器使用MyAllocator提供的分配机制。
在自定义的数据结构容器类的private作用域定义一个类型别名，以指定相应的类型。关于MyAllocator的全貌，其实现大概如下代码，若要确认该自定义的MyAllocator和std::allocator一样能够对所有std的容器起到作用，不妨在增加一些计数器的数据成员。
调用代码的基本形式如下，用vector执行下面的测试如下...
总结，本文通过原生实现的MyAllocator来说明std::allocator的内部机制，提供了一个全面的自定义实现示例。通过理解并实现自己的内存分配器，可以更深入地了解标准库中allocator的工作原理和设计。如有帮助，欢迎通过微信或支付宝支持作者。
