自定义 STL 分配器：为每个元素调用构造/销毁

Question

我有这个代码片段

auto start = high_resolution_clock::now();

std::vector<char> myBuffer(20e6);

std::cout << "StandardAlloc Time:" << duration_cast<milliseconds>(high_resolution_clock::now() - start).count() << std::endl;

start = high_resolution_clock::now();

std::vector<char, HeapAllocator<char>>myCustomBuffer(20e6);

std::cout << "CustomAlloc Time:" << duration_cast<milliseconds>(high_resolution_clock::now() - start).count() << " CC: " <<  HeapAllocator<char>::constructCount << std::endl;

Output：

StandardAlloc Time:6
CustomAlloc Time:124 CC: 20000000

有了这个分配器

template<class T>
struct HeapAllocator
{
    typedef T value_type;

    HeapAllocator(){};

    template<class U>
    constexpr HeapAllocator(const HeapAllocator<U>&) noexcept {}

    [[nodiscard]] T* allocate(std::size_t n)
    {
        auto p = new T[n];
        return p;
    }

    void deallocate(T* p, std::size_t n) noexcept
    {
        delete p;
    }

    template <class U>
    void destroy(U* p)
    {
        destroyCount++;
    }

    template< class U, class... Args >
    void construct(U* p, Args&&... args)
    {
        constructCount++;
    }
    static int destroyCount;
    static int constructCount;
};

template<class T>
int HeapAllocator<T>::constructCount = 0;

因此很明显，与默认分配器相比，缓冲区的每个 char 元素都会调用构造/销毁，这导致执行时间增加了 20 倍。 我怎样才能防止这种基本类型的这种行为？

Answer 1

您根本不声明它们。 它们将通过std::allocator_traits默认使用std::construct_at / std::destroy_at （即新布局和（伪）析构函数调用），就像std::allocator一样。 这适用于 C++11。

这些函数只需要那么多时间，因为您正在修改其中的 static。 此外，您的实施没有执行他们需要做的工作。 construct ，如果你声明它，必须通过一种或另一种方式在 memory 中构造一个T类型的 object 。 并且destroy必须调用析构函数，至少对于没有平凡析构函数的类型。

也就是说， std::vector<char> myBuffer(20e6); 和std::vector<char, HeapAllocator<char>>myCustomBuffer(20e6); 仍然需要一些时间，因为它们将分配的 memory 归零。 std::vector不提供任何接口使其处于未初始化状态，并且在一定程度上依赖编译器识别std::construct_at循环可以优化为memset 。 （对于std::allocator ，标准库在看到使用std::allocator时可以直接专门化为memset 。）

但是， std::vector提供了.reserve ，它将通过allocate保留足够的 memory 而无需在其中构造任何对象。 然后可以根据需要使用push_back / emplace_back / resize创建对象。

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您的分配器还有其他一些问题：

• auto p = new T[n]; 是错的。 allocate应该分配 memory，而不是构造对象。 在对乘法进行溢出检查后，您应该只分配适当大小的 memory 和 alignment，例如使用::operator new[](n*sizeof(T), std::align_val_t{alignof(T)}) 。 类似地， deallocate应该使用匹配的 deallocation function（例如::operator delete[] ）。 除此之外， delete和new[]也与未定义的行为不匹配。 在new[]之后你必须使用delete[] ，而不是delete 。

• 您的 class 缺少operator== （和operator!=在 C++20 之前）。 它们是必需的，如果您的 class 没有任何非静态数据成员并且没有定义is_always_equal成员，则operator==必须始终返回true并且operator!=始终返回false 。