自定义STLstd::allocator替换可提高性能_std::allocator资源-CSDN文库

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自定义自定义STL std :: allocator替换可提高性能替换可提高性能-源码源码

介绍介绍

这是我在Code Project上有关固定块内存分配器的第三篇也是最后一篇文章。这次，我们将使用前两篇文章奠定的基础，创

建一个备用的C ++标准库std::allocator内存管理器。

标准模板库（STL）是功能强大的C ++软件库，包括容器和迭代器支持。将库用于关键任务或时间紧迫项目的问题不在于

STL本身-该库非常强大。相反，它是不受限制地使用全局堆的。标准STL分配器在操作期间广泛使用堆。这是资源受限的嵌

入式系统上的一个问题。嵌入式设备可以运行数月或数年，必须防止堆碎片造成的故障。幸运的是，STL提供了一种用我们

自己的设计替换std::allocator 。

固定的块内存分配器是一种提供类似动态操作的常用技术，但是从存储池中提供内存，在该存储池中，所分配的块具有固定大

小。与全局堆不同，全局堆通常可以在任何大小的块上运行，而可以为狭窄的用途定制固定的块分配器。固定块分配器还可

以提供一致的执行时间，而全局堆不能提供这种保证。

本文介绍了一种STL兼容的分配器实现，该实现依赖于固定的块分配器来分配和回收内存。新的分配器可防止由碎片堆引起

的错误，并提供一致的分配/取消分配执行时间。

std :: allocator

STL std::allocator类提供默认的内存分配和释放策略。如果检查容器类的代码，例如std::list ，则会看到默认的std::allocator模

板参数。在这种情况下， allocator<_Ty>是处理_Ty对象的分配职责的模板类。

C ++

template<class _Ty, class _Ax = allocator<_Ty> >

class list : public _List_val<_Ty, _Ax>

{

// ...

}

由于模板参数_Ax默认为allocator<_Ty >，因此您可以创建列表对象而无需手动指定分配器。如下所示声明myList会创建一个

分配器类，用于分配/取消分配int值。

C ++

std::list<int> myList;

STL容器依赖于动态内存来存储元素和节点。元素是插入对象的大小。在这种情况下， sizeof(int)是存储一个列表元素所需的

内存。节点是将元素绑定在一起所需的内部结构。对于std::list ，它是一个双向链接的列表，至少存储指向下一个和上一个节

点的指针。

当然，元素大小取决于存储的对象。但是，节点大小也会根据所使用的容器而有所不同。 std::list节点的大小可能

与std::map节点的大小不同。因此，STL分配器必须能够处理不同大小的内存块请求。

STL分配器必须遵守特定的接口要求。这不是有关std::allocator API的方式和原因的文章-有许多在线参考文献比I更好地解释了

这一点。相反，我将重点介绍在现有内存中放置内存分配/取消分配调用的位置STL-allocator类接口，并提供所有常用容器的

新“ x”版本以简化用法。

xallocator

正如我的文章“ 用快速固定块内存分配器替换用快速固定块内存分配器替换malloc / free ”中所述，新的固定块STL分配器的大部分繁重工作都来自基

础xallocator 。如标题所示，此模块将malloc / free替换为新的固定块xmalloc / xfree版本。

对用户而言，除了固定模块功能外，这些替换功能的操作方式与标准CRT版本相同。简而言之， xallocator有两种操作模

式：

静态池

（从预先声明的静态内存中获取所有内存）或

堆块

（从全局堆中获取

块

，但在释放时回收以供以后使用）。有关

实现的详细信息，请参见前面的文章。

stl_allocator

类stl_allocator是固定块STL兼容的实现。此类用作std::allocator的替代方法。

C ++

template <typename T>

class stl_allocator

{

public :

typedef size_t size_type;

typedef ptrdiff_t difference_type;

typedef T* pointer;

typedef const T* const_pointer;

typedef T& reference;

typedef const T& const_reference;

typedef T value_type;

stl_allocator(){}

~stl_allocator(){}

template <class U> struct rebind { typedef stl_allocator<U> other; };

template <class U> stl_allocator( const stl_allocator<U>&){}

pointer address(reference x) const { return &x;}

const_pointer address(const_reference x) const { return &x;}

size_type max_size() const throw () { return size_t (- 1 ) / sizeof (value_type);}

pointer allocate(size_type n, stl_allocator<void>::const_pointer hint = 0 )

{

return static_cast<pointer>(xmalloc(n* sizeof (T)));

}

void deallocate(pointer p, size_type n)

{

xfree(p);

}

void construct(pointer p, const T& val)

{

new (static_cast<void*>(p)) T(val);

}

void construct(pointer p)

{

new (static_cast<void*>(p)) T();

}

void destroy(pointer p)

{

p->~T();

}

};

该代码实际上只是一个标准的std::allocator接口。在线上有很多示例。本文附带的源代码已在许多不同的编译器

（GCC，Keil，VisualStudio）上使用。我们感兴趣的是使用我们自己的内存管理器访问界面的位置。感兴趣的方法是：

allocate()

deallocate()

allocate()分配n个对象类型T的实例。 xmalloc()用于从固定块内存池而不是全局堆中获取内存。

C ++

pointer allocate(size_type n, stl_allocator<void>::const_pointer hint = 0 )

{

return static_cast<pointer>(xmalloc(n* sizeof (T)));

}

deallocate()释放先前使用allocate()分配的内存块。对xfree()简单调用将请求路由到我们的内存管理器。

C ++

void deallocate(pointer p, size_type n)

{

xfree(p);

}

的确，一旦有了固定的块内存管理器，便足够了。 xallocator设计用于处理任何大小的内存请求。因此，无论C ++标准库，

元素或节点要求的存储大小如何， xmalloc / xfree处理内存请求。

当然， stl_allocator是模板类。注意，固定的块分配职责被委托给非模板函数xmalloc()和xfree() 。这使得每个实例的实例化代

码尽可能小。

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