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std::allocator和 __pool_alloc

news 来源：原创 2025/6/25 21:36:13

在 C++ 中，std::allocator 和 __pool_alloc 是两种不同的内存分配器，它们在内存管理策略和性能上有显著的区别。

`std::allocator`

标准分配器：std::allocator 是 C++ 标准库提供的默认分配器，它简单地封装了 ::operator new 和 ::operator delete，用于动态分配和释放内存。
适用场景：适用于大多数标准容器，如 std::vector、std::list 等。它简单且通用，但在处理大量小对象时可能效率较低。

`__pool_alloc`

内存池分配器：__pool_alloc 是 GNU C++ 标准库（libstdc++）提供的一个扩展分配器，它使用内存池技术来管理内存。内存池分配器预先分配一大块内存，并将其分割成固定大小的小块，通过链表管理这些小块。
性能优势：在处理大量小对象时，__pool_alloc 的性能通常优于 std::allocator，因为它减少了对 ::operator new 的调用次数，从而减少了内存分配和释放的开销。
线程安全：__pool_alloc 提供了一个布尔模板参数 thr，用于控制是否启用线程安全。当 thr=true 时，分配器是线程安全的，但性能会略低；当 thr=false 时，分配器在单线程环境下性能更高。
适用场景：适用于需要频繁分配和释放大量小对象的场景，如 std::list 等容器。

使用示例

以下是一个使用 __pool_alloc 的示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ext/pool_allocator.h>

int main() {
    int nLoop = 0;
    std::cin >> nLoop;
    std::vector<int, __gnu_cxx::__pool_alloc<int>> vec;

    for (int i = 0; i < nLoop; i++) {
        vec.push_back(i);
    }
    std::cout << "alloc end\n";
    std::string str;
    std::cin >> str;

    return 0;
}

总结

std::allocator：简单通用，适合大多数场景，但在处理大量小对象时可能效率较低。
__pool_alloc：使用内存池技术，适合处理大量小对象，提供线程安全选项，性能在某些场景下优于 std::allocator。

选择哪种分配器取决于具体的应用场景和性能需求。如果需要优化小对象的分配性能，__pool_alloc 是一个不错的选择。

在 C++ STL 容器中，分配器对象（如 allocator_）通常不是静态的。它是一个普通的成员变量，每个容器实例都有自己的分配器对象。这样设计的原因是为了支持容器的灵活性和可定制性，同时允许不同的容器实例使用不同的分配器策略。

在 C++ STL 中，容器（如 std::vector、std::list 等）通过模板参数接受一个分配器（Allocator），用于管理内存分配和释放。默认情况下，容器使用 std::allocator，但用户可以提供自定义分配器来满足特定的内存管理需求。

容器如何使用分配器

1. 模板参数

容器模板通常有两个参数：

第一个参数是容器存储的元素类型。
第二个参数是分配器类型，默认为 std::allocator。

例如：

template <typename T, typename Allocator = std::allocator<T>>
class vector;

2. 分配器的接口

分配器需要实现以下接口：

allocate(size_type n)：分配足够存储 n 个元素的内存。
deallocate(pointer p, size_type n)：释放之前分配的内存。
construct(pointer p, Args&&... args)：在分配的内存上构造对象。
destroy(pointer p)：销毁对象。

3. 容器内部的使用

容器在内部通过分配器来管理内存。以下是一个简化的 std::vector 的实现，展示了如何使用分配器：

#include <iostream>
#include <memory>
#include <cstddef>

template <typename T, typename Allocator = std::allocator<T>>
class Vector {
public:
    typedef T value_type;
    typedef Allocator allocator_type;
    typedef typename allocator_type::pointer pointer;
    typedef typename allocator_type::size_type size_type;

private:
    pointer data_;
    size_type size_;
    size_type capacity_;
    allocator_type allocator_;

public:
    Vector() : data_(nullptr), size_(0), capacity_(0), allocator_() {}

    explicit Vector(size_type n, const T& value = T(), const Allocator& alloc = Allocator())
        : size_(n), capacity_(n), allocator_(alloc) {
        data_ = allocator_.allocate(n);
        for (size_type i = 0; i < n; ++i) {
            allocator_.construct(data_ + i, value);
        }
    }

    ~Vector() {
        for (size_type i = 0; i < size_; ++i) {
            allocator_.destroy(data_ + i);
        }
        allocator_.deallocate(data_, capacity_);
    }

    // 其他成员函数...
};

int main() {
    Vector<int> vec(5, 10); // 创建一个包含5个元素的vector，每个元素初始化为10
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        std::cout << vec[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

自定义分配器的使用

用户可以提供自定义分配器来满足特定的内存管理需求。以下是一个简单的自定义分配器示例：

#include <cstddef>
#include <new>
#include <stdexcept>

template <typename T>
class MyAllocator {
public:
    typedef T value_type;
    typedef T* pointer;
    typedef const T* const_pointer;
    typedef T& reference;
    typedef const T& const_reference;
    typedef std::size_t size_type;
    typedef std::ptrdiff_t difference_type;

    pointer allocate(size_type n) {
        void* p = ::operator new(n * sizeof(T));
        if (!p) throw std::bad_alloc();
        return static_cast<pointer>(p);
    }

    void deallocate(pointer p, size_type n) {
        ::operator delete(p);
    }

    template <typename... Args>
    void construct(pointer p, Args&&... args) {
        ::new(p) T(std::forward<Args>(args)...);
    }

    void destroy(pointer p) {
        p->~T();
    }
};

template <typename T, typename U>
bool operator==(const MyAllocator<T>&, const MyAllocator<U>&) {
    return true;
}

template <typename T, typename U>
bool operator!=(const MyAllocator<T>&, const MyAllocator<U>&) {
    return false;
}

使用自定义分配器的容器：

#include <vector>

int main() {
    std::vector<int, MyAllocator<int>> vec(5, 10);
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        std::cout << vec[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}