stl 源码阅读之allocator配置器

内容简介：stl 源码阅读之allocator配置器

作者: tiankonguse | 更新日期: 2016-11-07 02:28:00

前段时间一个服务大量使用了hashmap,于是简单看了下hashmap的实现方式，发现需要先看allocator，这里记录一下。

背景

在看vertor, map, set, string源码时， 总会看到有个 _Alloc 相关的模板参数。

然后这些容器都是使用这个 _Alloc 管理内存的。

这里简单的记录下 _Alloc 的设计与源码实现, 为之后的容器记录做准备。

template<typename _Tp, typename _Alloc = std::allocator<_Tp> >
        class vector: protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>;

template <typename _Key, typename _Tp, typename _Compare = std::less<_Key>,
        typename _Alloc = std::allocator<std::pair<const _Key, _Tp> > >
        class map;


template<typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>
    class basic_string;

template<typename _CharT, typename _Traits = char_traits<_CharT>,
           typename _Alloc = allocator<_CharT> >
    class basic_string;

typedef basic_string<char>    string;

注1：我这里都是阅读c++ 4.8版本的stl源码。

注2: 这里不去关系怎么管理内存来提高效率， 这里关系的是申请释放内存时做了哪些事。

面向用户的allocator

根据源码，可以看到， allocator 自身只是定义了一些类型，如指针，引用，值的类型等。

这里唯一不协调的就是 rebind 了，正常情况下我们使用不上这个功能，所以本片文章不做介绍，后续项目涉及到这个了再深入记录一下。

// /usr/include/c++/4.8/bits/allocator.h
template<typename _Tp>
class allocator: public __allocator_base<_Tp> {
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 allocator<_Tp1> other;};

    allocator() throw () {}
    allocator(const allocator& __a) throw () : __allocator_base<_Tp>(__a) {}
    template<typename _Tp1> allocator(const allocator<_Tp1>&) throw () {}
    ~allocator() throw () {}
};

中间件 __allocator_base

__allocator_base 只是一个中间符号， 用于指定默认使用那个内存分配器。默认是 new_allocator .

// /usr/include/c++/4.8/bits/c++allocator.h
#if __cplusplus >= 201103L
namespace std
{   
    template<typename _Tp>
    using __allocator_base = __gnu_cxx::new_allocator<_Tp>;
}
#else
// Define new_allocator as the base class to std::allocator.

#define __allocator_base  __gnu_cxx::new_allocator

#endif

一种具体实现new_allocator

new_allocator 是最简单的内存管理实现,其他相关的实现还有 malloc_allocator , __pool_alloc , __mt_alloc , bitmap_allocato 等。

我们看到， new_allocator 里面也定义了那些指针，引用，值的类型， 而且也定义了 rebind , 这里不讨论基类与子类重复申明这些的作用。

真正有用的是分配内存函数 allocate 和 deallocate , 还有构造和析构函数 construct 和 destroy .

这四个函数的功能与其名字一样， 一个是申请释放内存的， 一个是构造和析构的。

由于容器一般提前申请内存了, 所以容器就有必要自己调用构造函数和析够函数.

其中的 allocate 函数和 construct 函数延伸出一个知识点: new operator , operator new , placement new .

// /usr/include/c++/4.8/ext/new_allocator.h

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()  {}
    new_allocator(const new_allocator&)  {}
    template<typename _Tp1> new_allocator(const new_allocator<_Tp1>&)  {}
    ~new_allocator()  {}
    
    pointer address(reference __x) const  { 
        return std::__addressof(__x); 
    }
    const_pointer address(const_reference __x) const  { 
        return std::__addressof(__x); 
    }
    
    pointer allocate(size_type __n, const void* = 0) { 
        return static_cast<_Tp*>(::operator new(__n * sizeof(_Tp))); 
    }
    void deallocate(pointer __p, size_type) { 
        ::operator delete(__p); 
    }
    
    void construct(pointer __p, const _Tp& __val) { 
        ::new ((void *) __p) _Tp(__val); 
    }
    void destroy(pointer __p) { 
        __p->~_Tp(); 
    }
    
    size_type max_size() const { return size_t(-1) / sizeof(_Tp); }
};

new operator, operator new 与 placement new

operator new 是一个函数，我们可以重载，作用是申请指定大小的内存。

new operator 是一个我们熟悉的 new ，不可以重载，作用是调用 operator new 申请内存，并初始化， 一般用户调用。

placement new 是一个全局函数，不可重载，作用是允许我们在一个已分配的内存中主动初始化内存中的对象。

placement new 声明和使用如下:

//声明
void *operator new( size_t, void * p ) throw();

//使用, 返回值依旧是传入的指针。  
void construct(pointer __p, const _Tp& __val) { 
    ::new ((void *) __p) _Tp(__val); 
}

正是由于 placement new 的存在， 我们才可以自己管理内存分配内存，并进行初始化。

欠下的帐

• 内存管理相关算法
• rebind作用
• allocator与基类重复定义的原因
• stl实现

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持 码农网

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