C自定义分配器示例

自定义分配器可用于控制C 容器的内存分配行为，1. 示例中的LoggingAllocator通过重载allocate、deallocate、construct和destroy方法实现内存操作日志记录；2. 分配器需定义value_type和rebind模板，以满足STL容器类型转换需求；3. 分配器构造与拷贝时触发日志输出，便于追踪生命周期；4. 实际应用包括内存池、共享内存、调试工具和嵌入式系统；5. C 17起construct和destroy可由std::allocator_traits默认处理，但自定义日志仍需显式重载；6. 分配器应尽量无状态以避免STL实现兼容性问题；7. 可结合std::scoped_allocator_adaptor支持嵌套容器的分配。该机制完整实现了对std::vector内存操作的精细化控制，并在程序结束时正确析构并释放所有资源。

在 C 中，自定义分配器（custom allocator）允许你控制容器（如 std::vector、std::list 等）的内存分配方式。这在需要高性能、内存池、共享内存或调试内存使用时非常有用。

下面是一个简单的自定义分配器示例，用于 std::vector，它会打印每次分配和释放的信息，帮助你理解分配器的工作机制。

✅ 基本自定义分配器示例：带日志的分配器

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

template <typename T>
class LoggingAllocator {
public:
    using value_type = T;

    // 必须提供 rebind，让 STL 容器能为其他类型使用这个分配器
    template <typename U>
    struct rebind {
        using other = LoggingAllocator<U>;
    };

    LoggingAllocator() noexcept {
        std::cout << "Allocator constructed (type: " << typeid(T).name() << ")\n";
    }

    template <typename U>
    LoggingAllocator(const LoggingAllocator<U>&) noexcept {
        std::cout << "Allocator copy-constructed from type " << typeid(U).name() << "\n";
    }

    // 分配内存（不构造对象）
    T* allocate(std::size_t n) {
        std::cout << "Allocating " << n << " elements of size " << sizeof(T) << "\n";
        T* ptr = static_cast<T*>(::operator new(n * sizeof(T)));
        return ptr;
    }

    // 释放内存（不析构对象）
    void deallocate(T* ptr, std::size_t n) noexcept {
        std::cout << "Deallocating " << n << " elements at " << ptr << "\n";
        ::operator delete(ptr);
    }

    // 构造对象
    template <typename U, typename... Args>
    void construct(U* ptr, Args&&... args) {
        std::cout << "Constructing object at " << ptr << "\n";
        new(ptr) U(std::forward<Args>(args)...);
    }

    // 析构对象
    template <typename U>
    void destroy(U* ptr) noexcept {
        std::cout << "Destroying object at " << ptr << "\n";
        ptr->~U();
    }

    // 比较两个分配器是否等价（一般认为所有实例都相等）
    bool operator==(const LoggingAllocator&) const noexcept {
        return true;
    }

    bool operator!=(const LoggingAllocator& other) const noexcept {
        return !(*this == other);
    }
};

// 为了支持不同类型的构造，通常需要一个模板化的非成员 swap 等，但这里省略

✅ 使用自定义分配器

int main() {
    // 使用自定义分配器创建 vector
    std::vector<int, LoggingAllocator<int>> vec;

    std::cout << "Adding elements...\n";
    vec.push_back(10);
    vec.push_back(20);
    vec.push_back(30);
    vec.push_back(40); // 可能触发重新分配

    std::cout << "Vector size: " << vec.size() << "\n";

    return 0;
}

? 输出示例（可能）：

Allocator constructed (type: i)
Adding elements...
Allocating 1 elements of size 4
Constructing object at 0x1234000
Allocating 2 elements of size 4
Destroying object at 0x1234000
Deallocating 1 elements at 0x1234000
Constructing object at 0x1234010
Constructing object at 0x1234014
Allocating 4 elements of size 4
Destroying object at 0x1234010
Destroying object at 0x1234014
Deallocating 2 elements at 0x1234010
Constructing object at 0x1234020
Constructing object at 0x1234024
Constructing object at 0x1234028
Constructing object at 0x123402c
Vector size: 4
Destroying object at 0x123402c
Destroying object at 0x1234028
Destroying object at 0x1234024
Destroying object at 0x1234020
Deallocating 4 elements at 0x1234020

注意：vector 在增长时会重新分配内存，旧元素被复制（或移动），然后旧内存被释放。

✅ 实际用途场景

• 内存池：预先分配一大块内存，allocate 从池中返回。
• 共享内存：在多进程间共享 STL 容器。
• 调试工具：检测内存泄漏、越界、双重释放等。
• 嵌入式系统：避免使用默认 new/delete，使用确定性分配策略。

⚠️ 注意事项

• 自定义分配器必须满足 Allocator 命名要求（C 11/17/20 标准略有不同）。
• C 17 起，std::allocator<T>::construct 被弃用，推荐使用 std::allocator_traits。
• 分配器应尽量无状态（stateless），否则可能在某些 STL 实现中出问题（如 list 节点分配器）。
• 如果你用 std::scoped_allocator_adaptor，可以支持嵌套容器（如 vector<string, Alloc>）。

✅ 更现代的写法（C 17 推荐）

// construct 和 destroy 可以省略，由 allocator_traits 默认实现
// 但如果你想加日志，还是需要重载

基本上就这些。这个例子展示了如何写一个最简单的带日志的分配器，你可以在此基础上扩展成内存池或对象池。

以上是C自定义分配器示例的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！