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c++怎么使用std::pmr来管理内存资源_C++内存资源管理与多态分配器实践

穿越時空

发布： 2025-11-11 13:59:02

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std::pmr通过memory_resource实现灵活内存管理，支持多态分配器与多种内置资源，如monotonic_buffer_resource用于高效批量分配，synchronized_pool_resource适用于多线程内存池，开发者亦可自定义resource记录分配行为，结合pmr容器实现高性能、可维护的内存控制，关键在于按场景选择资源并妥善管理生命周期。

c++怎么使用std::pmr来管理内存资源_c++内存资源管理与多态分配器实践

在现代C++开发中，高效、灵活的内存管理是提升性能和可维护性的关键。C++17引入了std::pmr（Polymorphic Memory Resource，多态内存资源），为开发者提供了一种统一且可扩展的内存分配机制。它基于std::memory_resource抽象接口，允许运行时动态切换不同的内存分配策略，而无需修改使用分配器的代码。

理解 std::pmr 的核心组件

std::pmr 的设计围绕几个核心类型展开：

std::pmr::memory_resource：抽象基类，定义了do_allocate和do_deallocate等虚函数，用于实现具体的内存分配逻辑。
std::pmr::polymorphic_allocator<T>：模板分配器，持有指向memory_resource的指针，通过该资源进行内存分配。
派生自 memory_resource 的具体资源类型：如std::pmr::synchronized_pool_resource、std::pmr::unsynchronized_pool_resource、std::pmr::monotonic_buffer_resource等，提供不同行为的内存池或缓冲区管理。

所有std::pmr容器（如std::pmr::vector、std::pmr::string）都接受polymorphic_allocator作为模板参数，从而将内存分配委托给指定的资源。

使用内置内存资源进行高效分配

最常见的实践是利用标准库提供的内存资源来优化特定场景下的性能。例如，在频繁创建小对象的场景中，使用内存池可以显著减少系统调用开销。

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下面是一个使用monotonic_buffer_resource的例子，它适合于“批量分配、一次性释放”的模式：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory_resource>
<p>int main() {
// 创建一块本地缓冲区
char buffer[1024];
// 基于缓冲区构建单调资源（先入先出分配）
std::pmr::monotonic_buffer_resource pool{buffer, sizeof(buffer)};</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>// 使用该资源创建 polymorphic_allocator
std::pmr::polymorphic_allocator<int> alloc{&pool};

// 构造一个使用该分配器的 vector
std::pmr::vector<int> vec{alloc};
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
    vec.push_back(i);
}

std::cout << "Size: " << vec.size() << "\n";

// 当 pool 超出作用域时，所有通过它分配的内存自动释放
return 0;

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}

在这个例子中，所有vec内部节点的分配都由pool完成。由于monotonic_buffer_resource只是移动指针，分配速度极快，且析构时整体回收，避免了逐个free的开销。

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构建自定义 memory_resource 实现特殊需求

对于更复杂的场景，你可以继承memory_resource并实现自己的分配逻辑。比如，你想记录所有内存分配行为：

struct logging_resource : std::pmr::memory_resource {
    void* do_allocate(std::size_t bytes, std::size_t alignment) override {
        void* ptr = std::malloc(bytes); // 简单起见仍用 malloc
        if (!ptr) throw std::bad_alloc{};
        std::cout << "Allocated " << bytes << " bytes at " << ptr << "\n";
        return ptr;
    }
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>void do_deallocate(void* p, std::size_t bytes, std::size_t alignment) override {
    std::cout << "Deallocated " << bytes << " bytes at " << p << "\n";
    std::free(p);
}

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

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};

然后将其用于任意std::pmr容器：

logging_resource log_res;
std::pmr::vector<double> logged_vec{std::pmr::polymorphic_allocator<double>{&log_res}};
logged_vec.resize(10);
// 输出每一步的分配/释放日志

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