C++ named requirements: Allocator

Kapselt Strategien für den Zugriff/Adressierung, Allokierung/Deallokierung und Konstruktion/Destruktion von Objekten.

Jede Standardbibliothekskomponente, die Speicher allozieren oder freigeben muss, von std::string , std::vector und jedem Container , außer std::array (seit C++11) und std::inplace_vector (seit C++26) , bis zu std::shared_ptr und std::function (bis C++17) , tut dies durch einen Allocator : ein Objekt eines Klassentyps, das die folgenden Anforderungen erfüllt.

Die Implementierung vieler Allocator-Anforderungen ist optional, da alle AllocatorAwareContainer auf Allokatoren indirekt über std::allocator_traits zugreifen, und std::allocator_traits die Standardimplementierung dieser Anforderungen bereitstellt.

Anforderungen

Gegeben

• T , ein nicht-konstanter, nicht-Referenz-Typ (bis C++11) nicht-konstanter Objekttyp (seit C++11) (bis C++17) cv-unqualifizierter Objekttyp (seit C++17) ,
• A , ein Allocator -Typ für Typ T ,
• a , ein Objekt vom Typ A ,
• B , der entsprechende Allocator -Typ für einen cv-unqualifizierten Objekttyp U (erhalten durch Rebinding von A ),
• b , ein Objekt vom Typ B ,
• p , ein Wert vom Typ std:: allocator_traits < A > :: pointer , erhalten durch Aufruf von std:: allocator_traits < A > :: allocate ( ) ,
• cp , ein Wert vom Typ std:: allocator_traits < A > :: const_pointer , erhalten durch Konvertierung von p ,
• vp , ein Wert vom Typ std:: allocator_traits < A > :: void_pointer , erhalten durch Konvertierung von p ,
• cvp , ein Wert vom Typ std:: allocator_traits < A > :: const_void_pointer , erhalten durch Konvertierung von cp oder von vp ,
• xp , ein dereferenzierbarer Zeiger auf einen cv-unqualifizierten Objekttyp X ,
• r , ein Lvalue vom Typ T , erhalten durch den Ausdruck * p ,
• n , ein Wert vom Typ std:: allocator_traits < A > :: size_type .

Hinweise:

1. ↑ Siehe auch fancy pointers unten.
2. ↑ rebind ist nur optional (bereitgestellt durch std::allocator_traits ), wenn dieser Allocator ein Template der Form SomeAllocator<T, Args> ist, wobei Args null oder mehr zusätzliche Template-Typparameter sind.

Gegeben

• x1 und x2 , Objekte von (möglicherweise unterschiedlichen) Typen X::void_pointer , X::const_void_pointer , X::pointer , oder X::const_pointer

Dann sind x1 und x2 äquivalent-wertige Zeigerwerte, genau dann wenn sowohl x1 als auch x2 explizit in die beiden entsprechenden Objekte px1 und px2 vom Typ X::const_pointer konvertiert werden können, unter Verwendung einer Sequenz von static_cast s, die nur diese vier Typen verwendet, und der Ausdruck px1 == px2 zu true ausgewertet wird.

Gegeben

• w1 und w2 , Objekte vom Typ X::void_pointer

Dann kann für den Ausdruck w1 == w2 und w1 ! = w2 eines oder beide Objekte durch ein gleichwertiges Objekt vom Typ X::const_void_pointer ersetzt werden, ohne dass sich die Semantik ändert.

Gegeben

• p1 und p2 , Objekte vom Typ X::pointer

Dann können für die Ausdrücke p1 == p2 , p1 ! = p2 , p1 < p2 , p1 <= p2 , p1 >= p2 , p1 > p2 , p1 - p2 eines oder beide Objekte durch ein äquivalentwertiges Objekt vom Typ X::const_pointer ersetzt werden, ohne dass sich die Semantik ändert.

Die oben genannten Anforderungen ermöglichen es, Container - iterator s und const_iterator s zu vergleichen.

Zustandsbehaftete und zustandslose Allokatoren

Jeder Allocator -Typ ist entweder stateful oder stateless . Allgemein kann ein stateful Allocator-Typ ungleiche Werte haben, die unterschiedliche Speicherressourcen bezeichnen, während ein stateless Allocator-Typ eine einzelne Speicherressource bezeichnet.

Instanzen eines zustandslosen Allokatortyps vergleichen immer gleich. Zustandslose Allokatortypen werden typischerweise als leere Klassen implementiert und eignen sich für Empty-Base-Class-Optimierung .

Fancy-Pointer

Wenn der Membertyp pointer kein Rohzeigertyp ist, wird er üblicherweise als "fancy pointer" bezeichnet. Solche Zeiger wurden zur Unterstützung segmentierter Speicherarchitekturen eingeführt und werden heute verwendet, um auf Objekte in Adressräumen zuzugreifen, die sich vom homogenen virtuellen Adressraum unterscheiden, auf den Rohzeiger zugreifen. Ein Beispiel für einen fancy pointer ist der adressunabhängige Abbildungszeiger boost::interprocess::offset_ptr , der es ermöglicht, knotenbasierte Datenstrukturen wie std::set in Shared Memory und Speicher-abbildbaren Dateien zu allozieren, die in jedem Prozess unter unterschiedlichen Adressen abgebildet sind. Fancy pointers können unabhängig vom Allokator verwendet werden, der sie bereitgestellt hat , durch das Klassentemplate std::pointer_traits (seit C++11) . Die Funktion std::to_address kann verwendet werden, um einen Rohzeiger aus einem fancy pointer zu erhalten. (seit C++20)

Standardbibliothek

Die folgenden Standardbibliothekskomponenten erfüllen die Allocator -Anforderungen:

Beispiele

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <limits>
#include <new>
#include <vector>
template<class T>
struct Mallocator
{
    typedef T value_type;
    Mallocator() = default;
    template<class U>
    constexpr Mallocator(const Mallocator <U>&) noexcept {}
    [[nodiscard]] T* allocate(std::size_t n)
    {
        if (n > std::numeric_limits<std::size_t>::max() / sizeof(T))
            throw std::bad_array_new_length();
        if (auto p = static_cast<T*>(std::malloc(n * sizeof(T))))
        {
            report(p, n);
            return p;
        }
        throw std::bad_alloc();
    }
    void deallocate(T* p, std::size_t n) noexcept
    {
        report(p, n, 0);
        std::free(p);
    }
private:
    void report(T* p, std::size_t n, bool alloc = true) const
    {
        std::cout << (alloc ? "Alloc: " : "Dealloc: ") << sizeof(T) * n
                  << " bytes at " << std::hex << std::showbase
                  << reinterpret_cast<void*>(p) << std::dec << '\n';
    }
};
template<class T, class U>
bool operator==(const Mallocator <T>&, const Mallocator <U>&) { return true; }
template<class T, class U>
bool operator!=(const Mallocator <T>&, const Mallocator <U>&) { return false; }
int main()
{
    std::vector<int, Mallocator<int>> v(8);
    v.push_back(42);
}

Alloc: 32 bytes at 0x2020c20
Alloc: 64 bytes at 0x2023c60
Dealloc: 32 bytes at 0x2020c20
Dealloc: 64 bytes at 0x2023c60

Fehlerberichte

Die folgenden verhaltensändernden Fehlerberichte wurden rückwirkend auf zuvor veröffentlichte C++-Standards angewendet.

1. ↑ Die Member-Typen reference und const_reference von std::allocator sind definiert als T& bzw. const T& .
   • Wenn T ein Referenztyp ist, sind reference und const_reference fehlerhaft, da keine Referenz auf eine Referenz gebildet werden kann ( Reference Collapsing wurde in C++11 eingeführt).
   • Wenn T const-qualifiziert ist, sind reference und const_reference identisch, und der Überladungssatz von address() ist fehlerhaft.