STL分配器(allocator)

STL中的allocator是一种内存模型抽象,用于分离内存分配与对象构造,提升性能。通过allocator,可以避免不必要的对象构造和析构,例如在new string[100]的例子中,使用allocator能减少无效操作。

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allocator代表一种特定内存模型,并提供一种抽象概念,将对内存的索求最终转变为对内存的直接调用。

可以自己实现一个分配器。

 

allocator:使内存分配和构造分离,提高性能;销毁内存和析构分离:提高性能,内存可重用;在需要对象的时候再进行构造

例子:

new string[100],意味着要执行100次string类的默认构造函数,哪怕后面的用不到!同样析构也会需要执行100次!

可以通过allocator来实现分离,代码如下:

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
#include<memory>

using namespace std;

int main()
{
	allocator<string> nAllocator;
	string* const p = nAllocator.allocate(10);
	string* q = p;
	nAllocator.construct(q++);
	nAllocator.construct(q++,5,'A');
	nAllocator.construct(q++,"ABC");

	while (q != p)
	{
		nAllocator.destroy(--q);
	}
	nAllocator.deallocate(p, 10);


	cout << "----------------------------" << endl;
	vector<string> vec = { "1","12","23","34","45" };
	string* const p1 = nAllocator.allocate(vec.size() + 2);
	string* q1 = uninitialized_copy(vec.begin(), vec.end(), p1);
	q1 = uninitialized_fill_n(q1, 2, "hello");
	strin
### STL分配器的基本原理 C++ STL中的分配器allocator)是用于管理内存分配与释放的模板类,其核心作用是将容器的内存管理逻辑与容器本身分离。这种设计允许用户通过自定义分配器来控制内存的分配和释放策略,从而满足特定性能需求或内存管理要求。标准库提供的默认分配器`std::allocator`通常已经足够高效,但在某些场景下,如嵌入式系统、高性能计算或需要特殊内存管理策略的应用中,自定义分配器可能是必要的。 分配器的主要接口包括: - `allocate(size_type n)`:分配未初始化的内存空间,能够容纳`n`个对象。 - `deallocate(pointer p, size_type n)`:释放之前通过`allocate`分配的内存,`p`是分配的内存指针,`n`是分配的元素数量。 - `construct(pointer p, const value_type& val)`:在已分配的内存中构造一个值为`val`的对象。 - `destroy(pointer p)`:调用对象的析构函数,销毁`p`指向的对象。 这些操作使得分配器能够在不依赖容器具体实现的情况下,完成对内存的高效管理。标准库容器如`std::vector`、`std::list`等都接受一个分配器作为模板参数,允许用户指定自定义的内存管理策略[^1]。 ### 自定义分配器的实现 为了创建一个自定义分配器,需要定义一个类模板,满足分配器的接口要求。以下是一个简单的自定义分配器示例,它记录了分配和释放的次数: ```cpp template <typename T> class MyAllocator { public: using value_type = T; using pointer = T*; using const_pointer = const T*; using reference = T&; using const_reference = const T&; using size_type = std::size_t; using difference_type = std::ptrdiff_t; MyAllocator() noexcept {} template <typename U> MyAllocator(const MyAllocator<U>&) noexcept {} pointer allocate(size_type n) { ++allocations_; return static_cast<pointer>(::operator new(n * sizeof(T))); } void deallocate(pointer p, size_type n) { ++deallocations_; ::operator delete(p); } template <typename U, typename... Args> void construct(U* p, Args&&... args) { ::new((void*)p) U(std::forward<Args>(args)...); } void destroy(pointer p) { p->~T(); } static size_type allocations() { return allocations_; } static size_type deallocations() { return deallocations_; } private: static size_type allocations_; static size_type deallocations_; }; template <typename T> typename MyAllocator<T>::size_type MyAllocator<T>::allocations_ = 0; template <typename T> typename MyAllocator<T>::size_type MyAllocator<T>::deallocations_ = 0; ``` 在这个例子中,`MyAllocator`重载了`allocate`和`deallocate`方法,分别用于分配和释放内存,并通过静态成员变量记录分配和释放的次数。此外,`construct`和`destroy`方法用于构造和销毁对象。 ### 使用自定义分配器 一旦定义了自定义分配器,就可以将其传递给标准库容器。例如,可以创建一个使用`MyAllocator`的`std::vector`: ```cpp std::vector<int, MyAllocator<int>> vec; vec.push_back(1); vec.push_back(2); vec.push_back(3); std::cout << "Allocations: " << MyAllocator<int>::allocations() << std::endl; std::cout << "Deallocations: " << MyAllocator<int>::deallocations() << std::endl; ``` 在这个例子中,`vec`是一个使用`MyAllocator`的`std::vector`。当向量需要更多空间时,它会使用`MyAllocator`来分配内存。当向量不再需要某些内存时,它会使用`MyAllocator`来释放内存。最后,可以通过`MyAllocator`的静态方法获取分配和释放的次数,以便进行性能分析或调试。 ### 总结 通过自定义分配器,可以灵活地控制C++ STL容器的内存管理策略。这不仅有助于优化程序的性能,还可以帮助开发者更好地理解和管理程序的内存使用情况。尽管标准库提供的默认分配器通常已经足够高效,但在特定的应用场景下,自定义分配器可以提供额外的优势。[^1]
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