C++ named requirements: Allocator

Инкапсулирует стратегии доступа/адресации, выделения/освобождения памяти и создания/уничтожения объектов.

Каждый компонент стандартной библиотеки, которому может потребоваться выделение или освобождение памяти, от std::string , std::vector и каждого контейнера , кроме std::array (начиная с C++11) и std::inplace_vector (начиная с C++26) , до std::shared_ptr и std::function (до C++17) , делает это через Allocator : объект классового типа, удовлетворяющий следующим требованиям.

Реализация многих требований к аллокаторам является опциональной, поскольку все AllocatorAwareContainer обращаются к аллокаторам косвенно через std::allocator_traits , а std::allocator_traits предоставляет реализацию по умолчанию для этих требований.

Требования

Дано

• T , неконстантный, не ссылочный тип (до C++11) неконстантный объектный тип (начиная с C++11) (до C++17) тип объекта без cv-квалификаторов (начиная с C++17) ,
• A , тип Allocator для типа T ,
• a , объект типа A ,
• B , соответствующий тип Allocator для некоторого типа объекта без cv-квалификаторов U (полученный перепривязкой A ),
• b , объект типа B ,
• p , значение типа std:: allocator_traits < A > :: pointer , полученное вызовом std:: allocator_traits < A > :: allocate ( ) ,
• cp , значение типа std:: allocator_traits < A > :: const_pointer , полученное преобразованием из p ,
• vp , значение типа std:: allocator_traits < A > :: void_pointer , полученное преобразованием из p ,
• cvp , значение типа std:: allocator_traits < A > :: const_void_pointer , полученное преобразованием из cp или из vp ,
• xp , разыменовываемый указатель на некоторый тип объекта без cv-квалификаторов X ,
• r , lvalue типа T , полученное выражением * p ,
• n , значение типа std:: allocator_traits < A > :: size_type .

Примечания:

1. ↑ См. также умные указатели ниже.
2. ↑ rebind является опциональным (предоставляется через std::allocator_traits ) только если данный аллокатор является шаблоном вида SomeAllocator<T, Args> , где Args представляет ноль или более дополнительных параметров шаблона.

Дано

• x1 и x2 , объекты (возможно разных) типов X::void_pointer , X::const_void_pointer , X::pointer , или X::const_pointer

Тогда, x1 и x2 являются эквивалентными по значению указателями тогда и только тогда, когда оба x1 и x2 могут быть явно преобразованы в два соответствующих объекта px1 и px2 типа X::const_pointer , используя последовательность static_cast только с этими четырьмя типами, и выражение px1 == px2 вычисляется в true .

Дано

• w1 и w2 , объекты типа X::void_pointer

Тогда для выражений w1 == w2 и w1 ! = w2 любой или оба объекта могут быть заменены на эквивалентное по значению значение типа X::const_void_pointer без изменения семантики.

Дано

• p1 и p2 , объекты типа X::pointer

Тогда для выражений p1 == p2 , p1 ! = p2 , p1 < p2 , p1 <= p2 , p1 >= p2 , p1 > p2 , p1 - p2 любой или оба объекта могут быть заменены на эквивалентное по значению значение типа X::const_pointer без изменения семантики.

Вышеуказанные требования делают возможным сравнение Container iterator и const_iterator .

Состоятельные и несостоятельные аллокаторы

Каждый Allocator тип является либо stateful , либо stateless . В общем случае, stateful тип аллокатора может иметь неравные значения, которые обозначают различные ресурсы памяти, тогда как stateless тип аллокатора обозначает единственный ресурс памяти.

Экземпляры типа аллокатора без состояния всегда сравниваются как равные. Типы аллокаторов без состояния обычно реализуются как пустые классы и подходят для оптимизации пустого базового класса .

Умные указатели

Когда тип-член pointer не является типом сырого указателя, его обычно называют «сложным указателем» . Такие указатели были введены для поддержки сегментированных архитектур памяти и сегодня используются для доступа к объектам, размещенным в адресных пространствах, отличающихся от однородного виртуального адресного пространства, доступного через сырые указатели. Примером сложного указателя является независимый от отображения адресов указатель boost::interprocess::offset_ptr , который позволяет размещать узловые структуры данных, такие как std::set , в разделяемой памяти и файлах, отображаемых в память с разными адресами в каждом процессе. Сложные указатели могут использоваться независимо от аллокатора, который их предоставил , посредством шаблона класса std::pointer_traits (начиная с C++11) . Функция std::to_address может использоваться для получения сырого указателя из сложного указателя. (начиная с C++20)

Стандартная библиотека

Следующие компоненты стандартной библиотеки удовлетворяют требованиям Allocator :

Примеры

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <limits>
#include <new>
#include <vector>
template<class T>
struct Mallocator
{
    typedef T value_type;
    Mallocator() = default;
    template<class U>
    constexpr Mallocator(const Mallocator <U>&) noexcept {}
    [[nodiscard]] T* allocate(std::size_t n)
    {
        if (n > std::numeric_limits<std::size_t>::max() / sizeof(T))
            throw std::bad_array_new_length();
        if (auto p = static_cast<T*>(std::malloc(n * sizeof(T))))
        {
            report(p, n);
            return p;
        }
        throw std::bad_alloc();
    }
    void deallocate(T* p, std::size_t n) noexcept
    {
        report(p, n, 0);
        std::free(p);
    }
private:
    void report(T* p, std::size_t n, bool alloc = true) const
    {
        std::cout << (alloc ? "Alloc: " : "Dealloc: ") << sizeof(T) * n
                  << " bytes at " << std::hex << std::showbase
                  << reinterpret_cast<void*>(p) << std::dec << '\n';
    }
};
template<class T, class U>
bool operator==(const Mallocator <T>&, const Mallocator <U>&) { return true; }
template<class T, class U>
bool operator!=(const Mallocator <T>&, const Mallocator <U>&) { return false; }
int main()
{
    std::vector<int, Mallocator<int>> v(8);
    v.push_back(42);
}

Alloc: 32 bytes at 0x2020c20
Alloc: 64 bytes at 0x2023c60
Dealloc: 32 bytes at 0x2020c20
Dealloc: 64 bytes at 0x2023c60

Отчёты о дефектах

Следующие отчеты об изменениях в поведении, содержащие описания дефектов, были применены ретроактивно к ранее опубликованным стандартам C++.

1. ↑ Типы-члены reference и const_reference в std::allocator определены как T& и const T& соответственно.
   • Если T является ссылочным типом, reference и const_reference являются некорректными, поскольку ссылка на ссылку не может быть образована ( схлопывание ссылок было введено в C++11).
   • Если T является константно-квалифицированным, reference и const_reference совпадают, и набор перегрузок address() является некорректным.