C++ 功能库 — allocator

概述

分配器是 C++ 容器与底层内存管理之间的抽象层，封装 allocate/deallocate 调用。默认 allocator<T> 使用 operator new/operator delete。C++17 引入的 PMR（多态内存资源）允许在运行时切换分配策略——内存池、栈分配、共享内存等——而不改变容器类型。

allocator_traits 是操作分配器的标准接口，容器内部通过它调用分配器。

核心组件

组件	说明
`allocator<T>`	默认分配器，封装 `new`/`delete`
`allocator_traits<A>`	分配器操作的标准接口
`pmr::memory_resource`	多态内存资源抽象基类
`pmr::polymorphic_allocator<T>`	使用 memory_resource 的分配器
`pmr::new_delete_resource()`	全局 new/delete 的 pmr 资源
`pmr::monotonic_buffer_resource`	线性分配（只增不减，析构时全释放）
`pmr::unsynchronized_pool_resource`	非线程安全内存池
`pmr::synchronized_pool_resource`	线程安全内存池

典型用法

默认分配器

FUNCTION demo_default:
    alloc = ALLOCATOR<INT>()
    p = alloc.ALLOCATE(10)                      // 分配 10 个 int 空间
    CONSTRUCT(p, 42)                             // 在 p 位置构造 int(42)
    DESTROY(p)                                   // 析构对象
    alloc.DEALLOCATE(p, 10)                      // 释放空间

PMR —— 内存池

FUNCTION demo_pmr:
    // 预分配缓冲区
    buffer = BYTE[1024 * 1024]                   // 1MB

    // 单调缓冲区：线性分配，不释放单个对象（存疑）
    pool = MONOTONIC_BUFFER_RESOURCE(
        buffer.DATA(), buffer.SIZE()
    )

    // 使用 pmr vector（所有分配走 pool）
    USING pmr_string = STRING<PMR_ALLOCATOR<CHAR>>
    v = VECTOR<pmr_string>(&pool)

    // 或通过 traits 临时切换
    v2 = VECTOR<INT>(100, 0, &pool)

不同场景使用不同分配策略

FUNCTION demo_multi_pool:
    // 场景 1：临时计算，大量小分配 → 单调缓冲区（快速）
    temp_buf = BYTE[4096]
    temp_pool = MONOTONIC_BUFFER_RESOURCE(temp_buf, 4096)

    // 场景 2：长期持有，频繁分配释放 → 内存池（复用）
    sync_pool = SYNCHRONIZED_POOL_RESOURCE()

    // 场景 3：跨线程共享 → 同步内存池

自定义分配器

FUNCTION demo_custom_allocator:
    CLASS LoggingAllocator<T>:
        ALLOCATE(n):
            PRINT "分配", n * SIZEOF(T), "字节"
            RETURN STATIC_CAST<T*>(MALLOC(n * SIZEOF(T)))
        END ALLOCATE

        DEALLOCATE(p, n):
            PRINT "释放", n * SIZEOF(T), "字节"
            FREE(p)
        END DEALLOCATE
    END CLASS

    v = VECTOR<INT, LoggingAllocator<INT>>()
    v.PUSH(42)                                  // 输出 "分配 xxx 字节"

智能指针: smart_ptr — 高层内存管理
容器: 所有 STL 容器都模板化分配器参数
pmr 容器: pmr::vector<T> = vector<T, pmr::polymorphic_allocator<T>>
C 对照: malloc/free，pmr 类似 arena 分配模式
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