第18章 特殊工具与技术(1)

18.1 优化内存分配

C++的内存分配是一种类型化操作：new为特定类型分配内存，并在新分配的内存中构造该类型的一个对象。new表达式自动运行合适的构造函数来初始化每个动态分配的类类型。

18.1.1 C++中的内存分配

C++中，内存分配和对象构造紧密纠缠，就像析构和内存回收一样。使用new表达式的时候，分配内存，并在该内存中构造一个对象；使用delete表达式时，调用析构函数撤销对象，并将对象所用内存返还给系统。

接管内存分配时，必须处理两个任务。分配原始内存时，必须在该内存中构造对象；在释放该内存之前，必须保证适当地撤销这些对象。

对未构造的内存中的对象进行赋值而不是初始化，其行为是未定义的。对许多类而言，这样做引起运行时崩溃。赋值涉及删除现存对象，如果没有现存对象，赋值操作符中的动作就会有灾难性效果。

C++提供下面两种方法分配和释放未构造的原始内存：

(1) allocater类，它提供可感知类型的内存分配。这个类支持一个抽象接口，以分配内存并随后使用该内存保护对象。

(2)标准库中的operator new和operator delete，它们分配和释放需要大小的原始的、未类型化的内存。

C++还提供不同的方法在原始内存中构造和撤销对象。

(1)allocator类定义了名为construct和destroy的成员，其操作正如它们的名字所指出的那样：construct成员在未构造内存中初始化对象，destroy成员在对象上运行适当的析构函数。

(2)定位new表达式(placement new expression)接受指向未构造内存的指针，并在该空间中初始化一个对象或一个数组。

(3)可以直接调用对象的析构函数来撤销对象。运行析构函数并不释放对象所在的内存。

(4)算法uninittialized_fill和uninitialized_copy像fill和copy算法一样执行，除了它们在目的地构造对象而不是给对象赋值之外。

现代C++程序一般应该使用allocator类来分配内存，它更安全灵活。但是，在构造对象的时候，用new表达式比allocator::construct成员更灵活。有几种情况下必须用new。

18.1.2 allocator类

allocator类是一个模板，它提供类型化的内存分配以及对象构造和撤销。

allocator类将内存分配和对象构造分开。当allocator对象分配内存的时候，它分配适当大小并排列成保存给定类型的对象的空间。但是，它分配的内存是未构造的，allocator的用户必须分别construct和destroy放置在该内存中的对象。

1. 使用allocator管理类成员数据

vector所用存储开始是未构造内存，它还没有保存任何对象。将元素赋值或增加到这个预分配空间的时候，必须使用allocator类的construct成员构造元素。

template<class T>
class Vector{
public:
	Vector():elements(0),first_free(0),end(0){}
	void push_back(const T&);
private:
	static std::allocator<T> alloc;
	void reallocate();
	T* elements; //first element
	T* first_free; //behind the last actual element
	T* end; //behind vector conent
};

2. 使用construct

template<class T>
void Vector<T>::push_back(const T& t){
if(first_free==end)
	reallocate(); //gets more space and copies existing elements to it
alloc.construct(first_free,t);
++first_free;
}

3. 重新分配元素与复制元素

template <class T>
void Vector<T>::reallocate(){
std::ptrdiff_t size=first_free-elements;
std::ptrdiff_t newcapacity=2*max(size,1);
T* newelements=alloc.allocate(newcapacity);

uninitialized_copy(elements,first_free,newelements);

for(T *p=first_free;p!=elements;){
alloc.destroy(--p);
}

if(elements)
	alloc.deallocate(elements,end-elements);

elements=newelements;
first_free=elements+size;
end=elements=newcapacity;
}

每次重新分配时分配两倍内存。

deallocate期待指向由allocate分配的空间的指针，传给deallocate一个零指针是不合法的。