整理 C++ 中 Allocator 的（幾乎）全部細節 1

Allocator（概念）是對訪問、尋址、分配、釋放、構造和析構策略的封裝。是一個知足特定要求的類。標準庫中須要分配釋放存儲空間的容器都須要一個Allocator，除了std::array。

必選成員

Allocator 須要知足的條件有不少，可是大部分都是可選的，只有幾個必須存在的成員。

• value_type: 要分配空間的類型
• allocate(n): 分配方法
• deallocate(ptr, n): 釋放方法
• 拷貝構造:

  對於表達式Alloc a2 = a1; Alloc a2(a1) 要求執行完畢後a2 == a1，不可拋出異常

• 移動構造:

  對於表達式Alloc a2 = std::move(a1); Alloc a2(std::move(a1)); 使用a1構造a2，a2應等於a1的先前值。（C++17 起要求a1的值在構造後不發生改變，而且a1 == a2。）

• 拷貝賦值和移動賦值

  標準沒有聲明他們的存在，可是顯然他們應該和上面的構造語義相同。

• 從另外一個allocator類型構造

  用於map等分配的實際類型不是你傳入的allocator的value_type的狀況。

  對於表達式 AllocA a(b)，其中b是由AllocA::template rebind得到的類型AllocB的實例，構造a，使得AllocB(a) == b, b == AllocA(a)。

• 從另外一個allocator類型移動構造

  對於表達式 AllocA a(b)，其中b是由AllocA::template rebind得到的類型AllocB的實例，構造a，使得a == 以前的 AllocA(b)

其它的可選設施能夠在這一頁找到，是否實現由 Allocator 的實現邏輯決定 http://en.cppreference.com/w/cpp/concept/Allocator

標準推薦經過 std::allocator_traits<Allocator> 來調用 Allocator 的各類方法，及獲取其餘類型，這個 trait 類提供了 Allocator 中可選成員的默認實現。

一些可選成員的用途

• size_type

  若是你不想使用默認的std::size_t，能夠用這個來自定義size_type類型，固然對應的allocate和deallocate方法的size參數也應該變成這個類型

• template rebind<U>::other

  rebind用來從已有的allocator類型獲取一個新的用來分配另外一個類型U的allocator類型

  注意，rebind只對有模板參數的allocator可選

  allocator_traits的默認實現是用U來替換當前類型的第一個模板參數

• allocate(n, ptr)

  分配足夠容納n個對象的連續空間，ptr用做一個hint（好比在ptr地址附近尋找可用內存，用來保持局部性）

• max_size()

  獲取可分配的最大對象數目

  allocator_traits會提供一個返回(size_t)-1的實現（或者(size_t)-1 / sizeof(T)，since C++17）

• select_on_container_copy_construction()

  在標準庫容器拷貝構造時，由構造函數調用，向源allocator獲取一個用來構造新容器的allocator的實例

  allocator_traits會提供一個直接返回源容器的allocator自己的實現

  在構造函數不可以知足allocator的邏輯需求時定義這個函數

• construct(ptr, args…)

  在給定指針指向的內存上構造對象，須要注意的是，ptr指向的對象類型不必定是allocator的value_type，這個函數有必要作成模板的

  在須要自定義對象構造行爲時定義它，好比打個log，try_catch一下什麼的

• destroy(ptr)

  析構ptr指向的對象，須要注意的是，ptr指向的對象類型也不必定是value_type，這個函數有必要作成模板的

• is_always_equal （since C++17）

  allocator的相等比較的意義是，一個allocator分配的空間，是否能夠用另一個allocator來釋放，is_always_equal旨在儘量消除運行期的比較

  std::allocator就是always_equal的，由於他們都是new和delete的封裝，一個std::allocator new的固然能夠用另外一個std::allocator來delete

  allocator_traits的默認實現是，當你的allocator是空類，那麼爲true_type

• propagate_on_container_copy_assignment
• propagate_on_container_move_assignment
• propagate_on_container_swap

  此三個類型標記了在容器進行拷貝賦值、移動賦值或交換的時候，allocator是否須要進行對應操做。

  容器在進行拷貝賦值、移動賦值和交換時的邏輯，應該考慮到以上成員和allocator的相等性

  在兩個容器拷貝賦值時（container1 = container2）

  propagate…copy…	兩個allocator是否相等	拷貝賦值行爲
  true	true	拷貝allocator，拷貝container2全部元素
  true	false	析構container1全部元素並釋放空間，拷貝allocator，拷貝container2元素
  false	true	不拷貝allocator，拷貝container2全部元素
  false	false	不拷貝allocator，拷貝container2全部元素

  在兩個容器移動賦值時（container1 = std::move(container2)）

  propagate…move…	兩個allocator是否相等	移動賦值行爲
  true	true	析構container1全部元素並釋放空間，移動allocator，接管container2的內部指針
  true	false	析構container1全部元素並釋放空間，移動allocator，接管container2的內部指針
  false	true	析構container1全部元素並釋放空間，不移動allocator，接管container2的內部指針
  false	false	析構container1全部元素，不釋放空間，不移動allocator，分配足夠裝下container2全部元素的空間，將container2的元素盡數移動過來

  在兩個容器交換時，沒有更多問題，僅需視propagate_on_container_swap值，交換allocator便可。但須要注意的是，若是allocator不可交換，而且不相等，那麼容器交換是UB。

  固然以上只是標準容器的實現，你的容器大能夠沒必要如此麻煩。