内存分配(allocator)

一，allocator类

new有一些灵活性上的局限,其中一方面体现在它将内存分配和对象构造组合在一起。类似的,delete将对象析构和内存释放组合在一起。当分配单个对象时,通常希望将内存分配和对象初始化组合在一起,因为这种情况下,肯定知道对象应有什么值。

当分配一大块内存时,通常要在这块内存上按需构造对象。在这种情况下,希望将内存分配和对象构造分离,意味着可以分配大块内存,但只在真正需要时才真正执行对象创建操作(同时付出一定开销)

当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。

string *const p = new string[n];  // 构造n个空string
string s;
string *q = p;// q指向第一个string
while(cin >> s && q != p+n)
    *q++ = s;				// 赋予*q一个新值
const size_t size = q-p; 	// 记住读取了多少个string
// 使用数组
delete[] p;		// p指向一个数组,使用delete [] 释放

如上: new表达式分配并初始化了n个string, 但是,可能不需要n个string，少量string可能就足够了,在这种情况下，就可能创建了一些永远也用不到的对象。而且,对于那些确实要使用的对象，也在初始化之后立即赋予了它们新值。每个使用到的元素都被复制了两次,第一次是在默认初始化时,随后是在赋值时。

那些没有默认构造函数的类就不能动态分配数组了。

1.1 allocator类

标准库allocator类定义在头文件memory中，它主要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，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<string> alloc;		// 可以分配string的allocator对象
auto const p = alloc.allocate(n);	// 分配n个未初始化的string

这里allocate调用为n个string分配了内存

标准库allocator类及其算法

allocator a	定义了一个名为a的allocator对象,它可以为类型为T的对象分配内存
a.allocate(n)	分配一段原始的,未构造的内存,保存n个类型为T的对象
a.deallocate(p,n)	释放从T*指针p中地址开始的内存,这块内存保存了n个类型为T的对象；p必须是一个先前由allocate返回的指针，且n必须是p创建时所要求的大小。在调用deallocate之前,用户必须对每个在这块内存中创建的对象调用destroy
a.construct(p,args)	p必须是一个类型为T* 的指针,指向一块原始内存；args被传递给类型为T的构造对象,用来在p指向的内存中构造一个对象
a.destroy§	p为T*类型的指针,此算法对p指向的对象执行析构函数

1.2 allocator分配未构造的内存

allocator分配的内存是未构造的。需要在此内存中构造对象。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:

allocator<string> alloc;   // 创建分配string的allocator对象
auto const p = alloc.allocate(n);   //分配n个未初始化的string
auto q = p;  // q指向最后构造的元素之后的位置
alloc.construct(q++);		// *q为空字符串
alloc.construct(q++, 10, 'c');  // *q为cccccccccc
alloc.construct(q++, "hi");		// *q为hi

还未构造对象的情况下就使用原始内存是错误的

cout << *p << endl;   	// 正确, 使用string的输出运算符
cout << *q << endl;		// 错误, q指向尚未构造的内存

为了使用allocate返回的内存,必须用construct构造对象，使用未构造的内存,其行为是未定义的，

当使用完对象后,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,对指向的对象执行析构函数

while(q != p)
    alloc.destory(--q);	// 释放真正构造的string

如上: 循环开始处,q指向最后构造的元素之后的位置。在调用destroy之前对q进行了递减操作。因此,第一次调用destroy时,q指向最后一个构造的元素。最后一步循环中destroy删除了第一个构造的元素,随后循环结束

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他string。也可以将其归还给系统,释放内存通过调用deallocate来完成

alloc.deallocate(p,n);

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allocated分配内存时提供的大小参数具有一样的值

1.3 拷贝和填充未初始化内存的算法

标准库为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

allocator算法

这些函数在给定目得位置创建元素，而不是由系统分配内存给它们

uninitialized_copy(b,e,b2);	从迭代器b和e指出的输入范围中拷贝元素到迭代器b2指定的未构造的原始内存中,b2指向的内存必须足够大,能容纳输入序列中元素的拷贝
uninitialized_copy_n(b,n,b2);	从迭代器b指向的元素开始,拷贝n个元素到b2开始的内存中
uninitialized_fill(b,e,t);	在迭代器b和e指定的原始内存范围中创建对象,对象的值均为t的拷贝
uninitialized_fill_n(b,n,t);	从迭代器b指向的内存地址开始创建n个对象。b必须指向足够大的未构造的原始内存,能够容纳给定数量的对象

如,假定有一个int的vector,希望将其内容拷贝到动态内存中。将分配一块比vector中元素所占用空间大一倍的动态内存,然后将原vector中的元素拷贝到前一半空间,后一半空间用一个给定值进行填充

// 分配比vi中元素所占用空间大一倍的动态内存
auto p = alloc.allocate(v.size()*2);
// 通过拷贝vi中的元素来构造从p开始的元素
auto q = uninitialized_copy(vi.begin(),vi.end(),p);
// 将剩余元素初始化为42
uninitialized_fill_n(q,vi.size(),42);

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，第三个表示这些元素将要拷贝到的目得空间。传递给uninitialized_copy的目得位置迭代器必须指向未构造的内存,与copy不同,uninitialized_copy在给定目得位置构造元素

类似copy，uninitialize_copy返回(递增后的)目得位置迭代器。因此,一次uninitialized_copy调用会返回一个指针，指向最后一个构造的元素之后的位置。如上,将指针保存在q中,然后将q传递给uninitialized_fill_n。此函数类似fill_n,接受一个指向目得位置的指针，一个计数和一个值，它会在目的位置指针指向的内存中创建给定数目个对象，用给定值对它们进行初始化

reallocate重新分配内存