源码剖析STL内存分配器 std::allocator，让你能硬刚面试官

最新推荐文章于 2025-03-14 13:49:55 发布

_fibonaccii

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分类专栏：深入了解Modern C++ 文章标签： c++ 内存管理面试指针 stl

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ZZS_SZZ/article/details/114300706

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本文深入解析C++ STL中的内存分配器std::allocator，探讨其工作原理，包括allocate、deallocate、construct和destroy等关键函数。同时，介绍了std::allocator的rebind机制，以及如何通过std::allocator_traits获取和使用内存分配器的属性。内容涵盖__gnu_cxx::new_allocator、std::__allocator_traits_base和自定义内存分配器的融入。

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本期主要讲解C++ STL中的内存分配器std::allocator及其特性萃取器__gnu_cxx::__alloc_traits。

为防止混淆，规定如下：

allocator：泛指内存分配器，仅仅是一个术语。
std::allocator：是STL实现的内存分配器类std::allocator。

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__gnu_cxx::new_allocator

C++的默认的内存分配器std::allocator，继承至__gnu_cxx::new_allocator。而 __gnu_cxx::new_allocator 主要完成两个任务：

分配对象内存、初始化对象
析构对象、释放对象内存

__gnu_cxx::new_allocator 是个空类，没有成员变量，主要有四种成员函数完成上述任务：

allocate 函数，用于分配内存
construct函数，调用已分配内存对象的构造函数
destroy函数，调用析构函数
deallocate函数，用于释放内存

__gnu_cxx::new_allocator 的整体框架大致如下：

  template <typename _Tp>
  class new_allocator
  {
   
  public:
    typedef size_t      size_type;
    typedef ptrdiff_t   difference_type;
    typedef _Tp*        pointer;
    typedef const _Tp*  const_pointer;
    typedef _Tp &       reference;
    typedef const _Tp & const_reference;
    typedef _Tp         value_type;

    template <typename _Tp1>
    struct rebind
    {
   
      typedef new_allocator<_Tp1> other;
    };

    new_allocator() _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT {
   }
    new_allocator(const new_allocator &) noexcept {
   }
    template <typename _Tp1>
    new_allocator(const new_allocator<_Tp1> &) noexcept {
   }
    ~new_allocator() noexcept {
   }
 
    pointer allocate(size_type __n, const void * = static_cast<const void *>(0));
      
    void deallocate(pointer __p, size_type);
      
    size_type max_size() const noexcept;

    template <typename _Up, typename... _Args>
    void construct(_Up *__p, _Args &&...__args) 
      				noexcept(noexcept(::new ((void *)__p)_Up(std::forward<_Args>(__args)...)));
    template <typename _Up>
    void destroy(_Up *__p) noexcept(noexcept(__p->~_Up()));
    //...
  };

allocate

allocate函数，用于分配大小为__n个字节内存，返回值是分配所得内存的地址。

如果待分配内存大小__n大于当前进程最大可用内存，那么就会抛出bad_alloc异常。
再调用operator new来分配内存。operator new对malloc作了一层简单的封装，等效于malloc
将指向operator new的返回值类型转换为此次分配对象_Tp的指针类型。

整个过程如下：

    pointer allocate(size_type __n, const void * = static_cast<const void *>(0))
    {
   
      if (__n > this->max_size())
        std::__throw_bad_alloc();

#if __cpp_aligned_new
      if (alignof(_Tp) > __STDCPP_DEFAULT_NEW_ALIGNMENT__)
      {
   
        std::align_val_t __al = std::align_val_t(alignof(_Tp));
        return static_cast<_Tp *>(::operator new(__n * sizeof(_Tp), __al));
      }
#endif
      return static_cast<_Tp *>(::operator new(__n * sizeof(_Tp)));
    }

deallocate

deallo

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