Аллокаторы и пользовательские распределители памяти

Аллокаторы — это специальные объекты, управляющие выделением и освобождением памяти для контейнеров STL. Они нужны для:

  1. Кастомизации управления памятью — когда стандартного new/delete недостаточно

  2. Оптимизации производительности — уменьшение фрагментации, пулы памяти

  3. Специальных требований — выделение в shared memory, аппаратно-ускоренная память

  4. Отладки и профилирования — трассировка выделений памяти

Стандартный аллокатор
Базовое использование:
#include <vector> #include <memory> vector<int, allocator<int>> v; // Явное указание аллокатора vector<int> v2; // Неявное использование allocator<int>
Пояснение:

  • allocator<T> — стандартный аллокатор, использует new/delete

  • Все контейнеры STL по умолчанию используют allocator

  • Позволяет отделить логику контейнера от управления памятью

Интерфейс аллокатора
Минимальный требуемый интерфейс:
template<typename T> class SimpleAllocator { public: using value_type = T; T* allocate(size_t n) { return static_cast<T*>(::operator new(n * sizeof(T))); } void deallocate(T* p, size_t n) { ::operator delete(p); } };
Пояснение:

  • allocate — выделяет память для n объектов типа T

  • deallocate — освобождает память

  • value_type — обязательное определение типа

Пользовательский аллокатор
Пример аллокатора с логированием:
template<typename T> class LoggingAllocator { public: using value_type = T; T* allocate(size_t n) { cout << "Выделение " << n * sizeof(T) << " байт" << endl; return static_cast<T*>(::operator new(n * sizeof(T))); } void deallocate(T* p, size_t n) { cout << "Освобождение " << n * sizeof(T) << " байт" << endl; ::operator delete(p); } template<typename U, typename... Args> void construct(U* p, Args&&... args) { new(p) U(std::forward(args)...); } template<typename U> void destroy(U* p) { p->~U(); } };
Пояснение:

  • construct/destroy — для создания/уничтожения объектов

  • forward — для perfect forwarding аргументов

  • Логирование помогает отслеживать выделения памяти

Аллокатор с пулом памяти
Эффективный аллокатор для частых выделений:
template<typename T> class PoolAllocator { struct Block { Block* next; }; Block* free_blocks = nullptr; public: using value_type = T; T* allocate(size_t n) { if (n != 1 || !free_blocks) { return static_cast<T*>(::operator new(n * sizeof(T))); } Block* block = free_blocks; free_blocks = free_blocks->next; return reinterpret_cast<T*>(block); } void deallocate(T* p, size_t n) { if (n == 1) { Block* block = reinterpret_cast<Block*>(p); block->next = free_blocks; free_blocks = block; } else { ::operator delete(p); } } };
Пояснение:

  • Переиспользует освобожденные блоки для новых выделений

  • Эффективен для частых выделений/освобождений

  • Снижает фрагментацию памяти

Использование с контейнерами STL
Пример с пользовательским аллокатором:
vector<int, LoggingAllocator<int>> v; v.push_back(42); v.push_back(13);
Вывод: 
Выделение 4 байт
Выделение 8 байт
Освобождение 4 байт
Аллокаторы предоставляют мощный механизм для:

  1. Гибкого управления памятью в STL-контейнерах

  2. Создания специализированных менеджеров памяти

  3. Оптимизации производительности критических участков

  4. Интеграции с нестандартными системами памяти

Ключевые преимущества:

  • Разделение логики контейнера и управления памятью

  • Возможность тонкой настройки под конкретные требования

  • Поддержка сложных сценариев (shared memory, пулы)

Для профессионального использования важно:

  1. Понимать модель памяти C++

  2. Знать особенности работы стандартных контейнеров

  3. Уметь анализировать профилировщиком использование памяти

  4. Соблюдать strict aliasing rules при работе с сырой памятью

STL и использование стандартных шаблонов
Работа с файлами

Комментарии

Добавить комментарий

Чтобы оставить комменатрий необходимо Авторизоваться

Содежание
1. Введение в язык C++ 2. Установка компилятора 3. Установка среды разработки (IDE) 4. Структура программы и компиляция 5. Переменные, константы и типы данных 6. Операторы и выражения 7. Ввод и вывод в консоли 8. Условные операторы 9. Логические выражения 10. Циклы 11. Массивы 12. Динамические массивы 13. Указатели в С++ 14. Ссылки в C++ 15. Функции 16. Рекурсия 17. Callback-функции 18. Динамическое выделение памяти 19. Утечки памяти и как их избежать 20. Умные указатели в С++ 21. Парадигмы программирования 22. Структуры (struct) 23. Классы и объекты в C++ 24. Инкапсуляция 25. Наследование 26. Полиморфизм 27. Абстрактные классы 28. Списки инициализации 29. Перегрузка операторов 30. Обработка исключений 31. Пользовательские исключения 32. Шаблонные функции в C++ 33. Шаблонные классы в C++ 34. STL и использование стандартных шаблонов 35. Аллокаторы и пользовательские распределители памяти 36. Работа с файлами