嵌套容器的自定義分配器

Question

我正在研究自定義分配器。 到目前為止，我已經嘗試使用簡單的容器：std::list、std::vector、std::basic_string 等...

我的自定義分配器是一個 static 緩沖區分配器，它的實現很簡單：

#include <memory>

template <typename T>
class StaticBufferAlloc : std::allocator<T>
{
private:
    T *memory_ptr;
    std::size_t memory_size;

public:
    typedef std::size_t size_type;
    typedef T *pointer;
    typedef T value_type;

    StaticBufferAlloc(T *memory_ptr, size_type memory_size) : memory_ptr(memory_ptr), memory_size(memory_size) {}
    StaticBufferAlloc(const StaticBufferAlloc &other) throw() : memory_ptr(other.memory_ptr), memory_size(other.memory_size){};
    pointer allocate(size_type n, const void *hint = 0) { return memory_ptr; } // when allocate return the buffer
    void deallocate(T *ptr, size_type n) {}                                    // empty cause the deallocation is buffer creator's responsability

    size_type max_size() const { return memory_size; }
};

我以這種方式使用它：

  using inner = std::vector<int, StaticBufferAlloc<int>>;
  int buffer[201];
  auto alloc1 = StaticBufferAlloc<int>(&buffer[100], 50);
  inner v1(0, alloc1);
  assert(v1.size() == 0);
  const int N = 10; 
  // insert 10 integers
  for (size_t i = 0; i < N; i++)  {
    v1.push_back(i);
  }
  assert(v1.size() == N);

到目前為止一切都很好，當我增加 N 超過它拋出的最大緩沖區大小時，這是預期的。

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現在，我正在嘗試使用嵌套容器。 簡而言之，我試圖擁有一個向量（矩陣）的向量，其中父向量及其所有底層元素（即向量，即容器）共享相同的 static 分配緩沖區。 看起來scoped_allocator可以解決我的問題。

  using inner = std::vector<int, StaticBufferAlloc<int>>;
  using outer = std::vector<inner, std::scoped_allocator_adaptor<StaticBufferAlloc<inner>>>;

  int buffer[201];
  auto alloc1 = StaticBufferAlloc<int>(&buffer[100], 50);
  auto alloc2 = StaticBufferAlloc<int>(&buffer[150], 50);
  inner v1(0, alloc1);
  inner v2(0, alloc2);
  assert(v1.size() == 0);
  assert(v2.size() == 0);

  const int N = 10; 
  // insert 10 integers
  for (size_t i = 0; i < N; i++)
  {
    v1.push_back(i);
    v2.push_back(i);
  }
  assert(v1.size() == N);
  assert(v2.size() == N);

  outer v // <- how to construct this vector with the outer buffer? 
  v.push_back(v1);
  v.push_back(v2); 
  ...

我的問題是如何使用其 static 緩沖區在其構造函數調用中初始化外部向量？

Answer 1

在 C++11/C++14 中創建作用域分配器有點挑戰。 所以我選擇了 C++17 中介紹的一個非常現代的解決方案。我沒有實現分配器，而是使用了polymorphic_allocator 。 多態分配器是作用域分配器，標准容器會自動將分配器傳遞給子對象。

基本上，這個想法是使用多態分配器並將其注入monotonic_buffer_resource 。 monotonic_buffer_resource 可以用memory 資源初始化。

編寫自定義 memory 資源非常簡單：

class custom_resource : public std::pmr::memory_resource
{
public:
  explicit custom_resource(std::pmr::memory_resource *up = std::pmr::get_default_resource())
      : _upstream{up}
  {
  }

  void *do_allocate(size_t bytes, size_t alignment) override
  {
    return _upstream; //do nothing, don't grow just return ptr
  }

  void do_deallocate(void *ptr, size_t bytes, size_t alignment) override
  {
    //do nothing, don't deallocate
  }

  bool do_is_equal(const std::pmr::memory_resource &other) const noexcept override
  {
    return this == &other;
  }

private:
  std::pmr::memory_resource *_upstream;
};

使用它更簡單：

 std::byte buffer[512];
 custom_resource resource;
 std::pmr::monotonic_buffer_resource pool{std::data(buffer), std::size(buffer), &resource};
 std::pmr::vector<std::pmr::vector<int>> outer(&pool)

重要的是要注意std::pmr::vector<T>只是std::vector<T, polymorphic_allocator> 。

有用的資源：

• CppCon 2017：Pablo Halpern“分配器：好的部分”
• C++ 每周 - 第 222 集 - 使用 PMR 的標准容器速度提高 3.5 倍
• 作用域分配器的目的

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std::pmr 很酷，但它需要 gcc 的現代版本才能運行 (9+)。 幸運的是，Reddit 上到處都是善良的陌生人。 可以在此處找到 C++14 解決方案。