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C++如何自定义内存分配器_C++ 内存分配器自定义方法

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发布： 2025-10-06 19:25:01

原创

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自定义内存分配器通过预分配内存池提升性能，适用于高频小对象分配场景。

c++如何自定义内存分配器_c++ 内存分配器自定义方法

在C++中，自定义内存分配器可以提升性能、减少碎片或满足特定硬件需求。标准库中的容器（如std::vector、std::list）都支持通过模板参数传入自定义分配器。实现一个自定义分配器需要遵循一定的接口规范，并重载关键操作。

内存分配器的基本结构

一个符合标准的C++内存分配器需定义以下类型和方法：

value_type：被分配对象的类型
pointer：指向value_type的指针
const_pointer：常量指针
reference：引用类型
const_reference：常量引用
size_type：大小类型（通常为std::size_t）
difference_type：指针差值类型
allocate()：分配未初始化内存
deallocate()：释放已分配内存
构造与析构函数相关操作（construct/destroy，C++17后可省略）

注意：从C++17开始，construct和destroy不再是必需的，容器会使用std::allocator_traits来处理对象构造和销毁。

实现一个简单的池式分配器

下面是一个简化版的固定大小内存池分配器示例：

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template<typename T, size_t PoolSize = 1024>
class PoolAllocator {
public:
    using value_type = T;
    using pointer = T*;
    using const_pointer = const T*;
    using reference = T&;
    using const_reference = const T&;
    using size_type = std::size_t;
    using difference_type = std::ptrdiff_t;

    template<typename U>
    struct rebind {
        using other = PoolAllocator<U, PoolSize>;
    };

    PoolAllocator() noexcept {
        pool = ::operator new(PoolSize * sizeof(T));
        free_list = static_cast<T*>(pool);
        // 初始化空闲链表（简化处理）
        for (size_t i = 0; i < PoolSize - 1; ++i) {
            reinterpret_cast<T**>(free_list)[i] = &free_list[i + 1];
        }
        reinterpret_cast<T**>(free_list)[PoolSize - 1] = nullptr;
        next = free_list;
    }

    ~PoolAllocator() noexcept {
        ::operator delete(pool);
    }

    template<typename U>
    PoolAllocator(const PoolAllocator<U, PoolSize>&) noexcept {}

    pointer allocate(size_type n) {
        if (n != 1 || next == nullptr) {
            throw std::bad_alloc();
        }
        pointer result = static_cast<pointer>(next);
        next = reinterpret_cast<T**>(next)[0];
        return result;
    }

    void deallocate(pointer p, size_type n) noexcept {
        reinterpret_cast<T**>(p)[0] = next;
        next = p;
    }

private:
    void* pool;
    T* free_list;
    T* next;
};

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在STL容器中使用自定义分配器

将上面的分配器用于std::vector：

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int, PoolAllocator<int, 100>> vec;
    vec.push_back(10);
    vec.push_back(20);
    vec.push_back(30);

    for (const auto& val : vec) {
        std::cout << val << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

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该例子中，所有元素的内存都来自同一个预分配的内存池，避免了频繁调用系统new/delete，适合高频小对象分配场景。