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c++如何自定义stl容器的内存分配器 _c++ STL容器内存分配方法

裘德小鎮的故事

发布： 2025-10-31 09:41:02

原创

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自定义STL容器内存分配器需满足类型定义、allocate/deallocate实现及相等性比较等要求，通过继承或模板可实现如日志记录、内存池、共享内存等策略，提升性能或便于调试。

c++如何自定义stl容器的内存分配器 _c++ stl容器内存分配方法

在C++中，STL容器（如std::vector、std::list、std::map等）都支持自定义内存分配器。通过替换默认的std::allocator，你可以控制容器的内存分配行为，比如使用内存池、共享内存或跟踪内存使用情况。

内存分配器的基本要求

要自定义STL容器的内存分配器，你的类需要满足一定标准。一个合法的分配器必须：

定义value_type、pointer、const_pointer、reference、const_reference、size_type和difference_type
提供allocate(size_t n)：分配未初始化的内存
提供deallocate(pointer p, size_t n)：释放内存
支持construct和destroy（C++17前），或由容器自行处理对象构造/析构（C++17起）
两个分配器实例必须能相互比较相等（通常状态无关）

实现一个简单的自定义分配器

下面是一个使用::operator new和::operator delete但带打印功能的简单分配器示例：

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template <typename T>
struct MyAllocator {
    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;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>// 支持不同类型的再绑定
template<typename U>
struct rebind {
    using other = MyAllocator<U>;
};

MyAllocator() = default;

template<typename U>
MyAllocator(const MyAllocator<U>&) {}

pointer allocate(size_type n) {
    std::cout << "Allocating " << n << " elements of size " << sizeof(T) << std::endl;
    return static_cast<pointer>(::operator new(n * sizeof(T)));
}

void deallocate(pointer p, size_type n) {
    std::cout << "Deallocating " << n << " elements" << std::endl;
    ::operator delete(p);
}

// C++17 起 construct 和 destroy 不再强制要求
template<typename U, typename... Args>
void construct(U* p, Args&&... args) {
    new(p) U(std::forward<Args>(args)...);
}

template<typename U>
void destroy(U* p) {
    p->~U();
}

bool operator==(const MyAllocator&) const { return true; }
bool operator!=(const MyAllocator&) const { return false; }

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};

在STL容器中使用自定义分配器

将自定义分配器作为模板参数传入容器即可：

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// 使用自定义分配器的 vector
std::vector<int, MyAllocator<int>> vec;
<p>vec.push_back(10);
vec.push_back(20);
vec.push_back(30);</p><p>// 分配器会自动在扩容时被调用</p>

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也可以为已有类型定义别名以简化使用：

using MyIntVector = std::vector<int, MyAllocator<int>>;
MyIntVector v;
v.push_back(42);

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实际应用场景

自定义分配器常用于以下场景：

性能优化：使用内存池减少频繁调用系统分配器的开销
嵌入式系统：在固定内存区域中分配，避免堆碎片
共享内存：多个进程共享同一块内存中的容器数据
调试与监控：记录内存分配/释放，检测泄漏或异常模式

例如，结合内存池的分配器可以显著提升频繁增删元素的std::list性能。

基本上就这些。只要满足接口规范，你可以自由实现各种策略的分配器来适配具体需求。

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