stl 源码阅读之allocator配置器

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

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