自定义内存分配器通过实现allocate和deallocate控制内存行为,用于提升性能、减少碎片;示例中MyAllocator结合malloc/free为std::vector提供带日志的分配跟踪,扩容时触发分配释放;更高级场景可实现内存池以优化小对象频繁分配。

在C++中,自定义内存分配器主要用于控制对象的内存分配行为,常见于提升性能、减少碎片或对接特定硬件场景。标准库中的容器(如std::vector、std::list等)都支持通过模板参数传入自定义分配器。实现一个自定义内存分配器需要遵循一定的接口规范。
理解分配器的基本接口
一个符合C++标准的分配器需满足一定要求,主要包含以下几个关键部分:
value_type:所分配类型的别名allocate(n):分配n个对象大小的原始内存,不构造对象deallocate(ptr, n):释放由allocate分配的内存construct(ptr, args…):在指定内存位置构造对象destroy(ptr):析构对象,但不释放内存
从C++17起,construct和destroy通常由标准库提供默认实现,因此可省略;核心是实现allocate和deallocate。
编写一个简单的自定义分配器
下面是一个基于malloc和free的简单分配器示例,可用于std::vector:
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#include #include #includetemplatestruct MyAllocator {using value_type = T;
// 分配n个T类型大小的内存块(未构造)T* allocate(std::size_t n) { std::cout << "分配 " << n * sizeof(T) << " 字节n"; return static_cast(std::malloc(n * sizeof(T)));}// 释放内存void deallocate(T* ptr, std::size_t n) { std::cout << "释放 " << n * sizeof(T) << " 字节n"; std::free(ptr);}// 支持不同类型的重新绑定(C++17前需要)templatebool operator==(const MyAllocator&) const { return true; }templatebool operator!=(const MyAllocator&) const { return false; }
};
这个分配器会在每次分配和释放时输出日志,便于调试。
使用自定义分配器
将上述分配器用于std::vector:
int main() { std::vector<int, MyAllocator> vec; vec.push_back(10); vec.push_back(20); vec.push_back(30); return 0;}
运行时会看到类似输出:
分配 4 字节分配 8 字节释放 4 字节分配 16 字节释放 8 字节释放 16 字节
说明vector在扩容过程中调用了分配与释放操作。
高级用途:对象池或堆栈分配
更复杂的场景下,可以实现内存池分配器,避免频繁调用系统调用。例如预先分配一大块内存,后续从中切分:
维护一个空闲链表重载allocate从池中取内存重载deallocate将内存返回池中而非真正释放
这种设计适合频繁创建销毁小对象的场景,显著提升性能。
基本上就这些。只要满足接口规范,就能替换STL容器的默认分配方式。注意线程安全和对齐问题在实际项目中也很关键。
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