Требования к C++: Класс Allocator

Описывает стратегии доступа/адресации, выделения/освобождения памяти и создания/удаления объектов.

Каждый компонент стандартной библиотеки, которому может потребоваться выделить или освободить память, от std::string, std::vector, и каждого контейнера, кроме std::array, до std::shared_ptr и std::function(до C++17), делает это с помощью Allocator: объекта класса, удовлетворяющего следующим требованиям.

Реализация многих требований Allocator необязательна, поскольку все классы, использующие Allocator, включая контейнеры стандартной библиотеки, косвенно обращаются к Allocator через std::allocator_traits, и std::allocator_traits предоставляет стандартную реализацию этих требований.

Требования

Дано

• T, тип неконстантного, нессылочного типа(до C++11)неконстантного типа объекта(с C++11)(до C++17)типа объекта без квалификаторов cv(с C++17),
• A, тип Allocator для типа T,
• a, объект типа A,
• B, соответствующий тип Allocator для некоторого типа объекта без квалификаторов cv U (полученный путем повторной привязки 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, указатель, ссылающийся на некоторый объект типа X без квалификаторов cv,
• r, значение типа T, полученное выражением *p,
• n, значение типа std::allocator_traits<A>::size_type.

Примечания:

1. См. также указатели fancy ниже.
2. rebind является необязательным (предоставляется std::allocator_traits) только если этот аллокатор является шаблоном вида SomeAllocator<T, Args>, где Args — ноль или более дополнительных параметров шаблона типа.

Дано

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

Дано

• w1 и w2, объекты типа X::void_pointer

Дано

• p1 и p2, объекты типа X::pointer

Вышеперечисленные требования позволяют сравнивать Контейнеры' iterator и const_iterator.

Состоятельные и бессостоятельные аллокаторы

Каждый тип аллокатора является либо состоятельным, либо бессостоятельным. Как правило, состоятельный тип аллокатора может иметь разные значения, обозначающие разные ресурсы памяти, в то время как бессостоятельный аллокатор обозначает один ресурс памяти.

Экземпляры бессостоятельного типа аллокатора всегда равны. Бессостоятельные типы аллокаторов обычно реализуются как пустые классы и подходят для оптимизации пустого базового класса.

Указатели fancy

Когда тип члена pointer не является типом сырой указатель, он обычно называется "указателем специального типа". Такие указатели были введены для поддержки архитектур сегментированной памяти и используются сегодня для доступа к объектам, выделенным в адресных пространствах, отличных от однородного виртуального адресного пространства, к которому обращаются сырые указатели. Примером указателя специального типа является независимый от адреса отображения указатель boost::interprocess::offset_ptr, который позволяет выделять структуры данных на основе узлов, такие как std::set в общей памяти и памяти, отображаемой в файлы, отображаемые по разным адресам в каждом процессе. Указатели специального типа могут использоваться независимо от выделенного для них аллокатора, через шаблон класса std::pointer_traits(с C++11). Функция std::to_address может использоваться для получения сырого указателя из указателя специального типа.(с C++20)

Стандартная библиотека

Следующие компоненты стандартной библиотеки удовлетворяют требованиям аллокатора:

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 об ошибках

Следующие отчёты об ошибках, изменяющие поведение, были применены ретроактивно к ранее опубликованным стандартам C++.

1. Типы членов reference и const T& от std::allocator определены как T& и const T& соответственно.
   • Если T является типом ссылки, reference и const_reference ошибочны, потому что ссылка на ссылку не может быть образована (сжатие ссылок было введено в C++11).
   • Если T имеет квалификатор const, reference и const_reference одинаковы, и перегрузка address() неопределена.