本文主要是介绍C++ allocator类使用示例，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
动态内存管理
之前我们讲述过动态内存的开辟，可以通过new, malloc，以及alloc等方式，本文通过介绍alloc方式，构造一个StrVec类，这个类的功能类似于一个vector，实现字符串的管理，其中包含push一个字符串，动态扩容，析构，回收内存等操作。
StrVec类实现细节
StrVec类实现如下
class StrVec
{
public://无参构造函数StrVec() : elements(nullptr), first_free(nullptr),cap(nullptr) {}//拷贝构造函数StrVec(const StrVec &);//拷贝赋值运算符StrVec &operator=(const StrVec &);//析构函数~StrVec();//拷贝元素void push_back(const std::string &);//返回元素个数size_t size() const { return first_free - elements; }//返回总容量size_t capacity() const { return cap - elements; }//返回首元素地址std::string *begin() const{return elements;}//返回第一个空闲元素地址//也是最后一个有效元素的下一个位置std::string *end() const{return first_free;}private://判断容量不足开辟新空间void chk_n_alloc(){if (size() == capacity())reallocate();}//重新开辟空间void reallocate();// copy指定范围的元素到新的内存中std::pair<std::string *, std::string *> alloc_n_copy(const std::string *, const std::string *);//释放空间void free();//数组首元素的指针std::string *elements;//指向数组第一个空闲元素的指针std::string *first_free;//指向数组尾后位置的指针std::string *cap;//构造string类型allocator静态成员static std::allocator<std::string> alloc;
};
1 elements成员，该成员指向StrVec内部数组空间的第一个元素
2 first_free成员指向第一个空闲元素，也就是有效元素的下一个元素，该元素开辟空间但未构造。
3 cap 指向最后一个元素的下一个位置。
4 alloc为静态成员，主要负责string类型数组的开辟工作。
5 无参构造函数将三个指针初始化为空，并且默认够早了alloc。
6 alloc_n_copy私有函数的功能是将一段区域的数据copy到新的空间，
并且返回新开辟的空间地址以及第一个空闲元素的地址(第一个未构造元素的地址)。
7 chk_n_alloc私有函数检测数组大小是否达到容量，如果达到则调用reallocate重新开辟空间。
8 reallocate重新开辟空间
9 capacity返回总容量
10 size返回元素个数
11 push_back 将元素放入开辟的类似于数组的连续空间中。
12 begin返回首元素地址
13 end返回第一个空闲元素地址,也是最后一个有效元素的下一个位置
无论我们实现push操作还是拷贝构造操作，都要实现realloc，当空间不足时要开辟空间将旧数据移动到新的数据
//重新开辟空间
void StrVec::reallocate()
{string *newdata = nullptr;//数组为空的情况if (elements == nullptr || cap == nullptr || first_free == nullptr){newdata = alloc.allocate(1);// elements和first_free都指向首元素elements = newdata;first_free = newdata;// cap指向数组尾元素的下一个位置。cap = newdata + 1;return;}//不为空则扩充两倍空间newdata = alloc.allocate(size() * 2);//新内存空闲位置auto dest = newdata;//旧内存有效位置auto src = elements;//通过移动操作将旧数据放到新内存中for (size_t i = 0; i != size(); ++i){alloc.construct(dest++, std::move(*src++));}//移动后旧内存数据无效，一定要删除free();//更新数据位置elements = newdata;//更新第一个空闲位置first_free = dest;//更新容量cap = elements + size() * 2;
}
reallocate函数内部判断是否为刚初始化指针却没开辟空间的空数组，如果是则开辟1个大小的空间。
否则则开辟原有空间的两倍，将旧数据移动到新空间，采用了std::move操作，这么做减少拷贝造成的性能开销。
move之后原数据就无效了，所以要调用私有函数free()进行释放。我们实现该free操作
//释放操作
void StrVec::free()
{//判断elements是否为空if (elements == nullptr){return;}auto dest = elements;//要先遍历析构每一个对象for (size_t i = 0; i < size(); i++){// destroy会调用每一个元素的析构函数alloc.destroy(dest++);}//再整体回收内存alloc.deallocate(elements, cap - elements);
}
先通过遍历destroy销毁内存，从而调用string的析构函数，最后在deallocate回收内存。
// copy指定范围的元素到新的内存中,返回新元素的地址和第一个空闲元素地址的pair
std::pair<std::string *, std::string *> StrVec::alloc_n_copy(const std::string *b, const std::string *e)
{auto newdata = alloc.allocate(e - b);//将原数据用来初始化新空间auto first_free = uninitialized_copy(b, e, newdata);return {newdata, first_free};
}
这样利用alloc_n_copy，我们就可以实现拷贝构造和拷贝赋值了
//拷贝构造函数
StrVec::StrVec(const StrVec &strtmp)
{//将形参数据拷贝给自己auto rsp = alloc_n_copy(strtmp.begin(), strtmp.end());//更新elements, cap，first_freeelements = rsp.first;first_free = rsp.second;cap = rsp.second;
}
但是拷贝赋值要注意一点，就是自赋值的情况，所以我们提前判断是否为自赋值，如不是则进行和拷贝构造相同的操作
//拷贝赋值运算符
StrVec &StrVec::operator=(const StrVec &strtmp)
{//防止自赋值if (this == &strtmp){return *this;}//将形参数据拷贝给自己auto rsp = alloc_n_copy(strtmp.begin(), strtmp.end());//更新elements, cap，first_freeelements = rsp.first;first_free = rsp.second;cap = rsp.second;
}
我们可以利用free实现析构函数
//析构
StrVec::~StrVec()
{free();
}
接下来我们实现push_back，将指定字符串添加到数组空间,以及抛出元素
//添加元素
void StrVec::push_back(const std::string &s)
{chk_n_alloc();alloc.construct(first_free++, s);
}//抛出元素
void StrVec::pop_back(std::string &s)
{if (first_free == nullptr){return;}if (size() == 1){s = *elements;alloc.destroy(elements);first_free = nullptr;elements = nullptr;return;}s = *(--first_free);alloc.destroy(first_free);
}
接下来实现测试函数，测试上述操作
void test_strvec()
{auto str1 = StrVec();str1.push_back("hello zack");StrVec str2(str1);str2.push_back("hello rolin");StrVec str3 = str1;string strtmp;str3.pop_back(strtmp);
}
在主函数调用上面test_strvec，运行稳定。
总结
本文通过allocator实现了一个类似于vector的类，管理string变量。演示了拷贝构造，拷贝赋值要注意的事项，同时演示了如何手动开辟内存并管理内存空间。
源码链接
https://gitee.com/secondtonone1/cpplearn
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