C++ named requirements: Allocator

객체의 접근/주소 지정, 할당/해제 및 생성/소멸을 위한 전략을 캡슐화합니다.

스토리지 할당 또는 해제가 필요할 수 있는 모든 표준 라이브러리 구성 요소는 std::string , std::vector 및 모든 컨테이너 (단, std::array 제외) (C++11부터) 및 std::inplace_vector (C++26부터) 부터 std::shared_ptr 및 std::function (C++17 이전) 까지 다음 요구 사항을 충족하는 클래스 타입의 객체인 Allocator 를 통해 이를 수행합니다.

많은 할당자 요구 사항들의 구현은 선택적입니다. 왜냐하면 모든 AllocatorAwareContainer 가 할당자에 접근할 때 std::allocator_traits 를 통해 간접적으로 접근하며, std::allocator_traits 가 이러한 요구 사항들에 대한 기본 구현을 제공하기 때문입니다.

요구사항

주어진

• T , 비-const, 비-참조 타입 (C++11까지) 비-const 객체 타입 (C++11부터) (C++17까지) cv-한정되지 않은 객체 타입 (C++17부터) ,
• A , Allocator 타입의 T 타입에 대한 할당자,
• a , A 타입의 객체,
• B , A 를 재바인딩하여 얻은 cv-한정되지 않은 객체 타입 U 에 대한 해당 Allocator 타입,
• b , B 타입의 객체,
• p , std:: allocator_traits < A > :: pointer 타입의 값으로 std:: allocator_traits < A > :: allocate ( ) 호출로 얻음,
• cp , std:: allocator_traits < A > :: const_pointer 타입의 값으로 p 로부터 변환으로 얻음,
• vp , std:: allocator_traits < A > :: void_pointer 타입의 값으로 p 로부터 변환으로 얻음,
• cvp , std:: allocator_traits < A > :: const_void_pointer 타입의 값으로 cp 또는 vp 로부터 변환으로 얻음,
• xp , cv-한정되지 않은 객체 타입 X 에 대한 역참조 가능한 포인터,
• r , * p 표현식으로 얻은 T 타입의 lvalue,
• n , std:: allocator_traits < A > :: size_type 타입의 값.

참고 사항:

1. ↑ 아래의 fancy pointers 도 참조하십시오.
2. ↑ rebind 는 이 할당자가 SomeAllocator<T, Args> 형태의 템플릿인 경우에만 선택사항입니다(이때 Args 는 0개 이상의 추가 템플릿 타입 매개변수이며, std::allocator_traits 에 의해 제공됨).

주어진

• x1 와 x2 , (서로 다른 타입일 수 있는) X::void_pointer , X::const_void_pointer , X::pointer , 또는 X::const_pointer 타입의 객체들

그러면, x1 과 x2 가 동등한 값 을 가지는 포인터 값인 것은, 오직 x1 과 x2 모두가 이 네 가지 타입만을 사용하는 일련의 static_cast 를 통해 X::const_pointer 타입의 두 개의 해당 객체 px1 과 px2 로 명시적으로 변환될 수 있고, 표현식 px1 == px2 가 true 로 평가되는 경우에 한합니다.

주어진

• w1 와 w2 , X::void_pointer 타입의 객체들

그런 다음, 표현식 w1 == w2 와 w1 ! = w2 에 대해 하나 또는 두 객체 모두가 동등한 값 을 갖는 X::const_void_pointer 타입의 객체로 대체될 수 있으며, 의미에는 변화가 없습니다.

주어진

• p1 와 p2 , X::pointer 타입의 객체들

그런 다음, 표현식들 p1 == p2 , p1 ! = p2 , p1 < p2 , p1 <= p2 , p1 >= p2 , p1 > p2 , p1 - p2 에 대해, 하나 또는 두 객체 모두를 동등한 값 을 가지는 X::const_pointer 타입의 객체로 대체하더라도 의미에는 변화가 없습니다.

위 요구사항들은 Container 의 iterator 와 const_iterator 를 비교할 수 있게 합니다.

상태 저장 및 상태 비저장 할당자

모든 Allocator 타입은 stateful 이거나 stateless 입니다. 일반적으로 stateful allocator 타입은 서로 다른 메모리 리소스를 나타내는 unequal 값을 가질 수 있는 반면, stateless allocator 타입은 단일 메모리 리소스를 나타냅니다.

상태 비저장 할당자 타입의 인스턴스는 항상 동일하게 비교됩니다. 상태 비저장 할당자 타입은 일반적으로 빈 클래스로 구현되며 empty base class optimization 에 적합합니다.

팬시 포인터

멤버 타입 pointer 가 raw pointer 타입이 아닌 경우, 일반적으로 "fancy pointer" 라고 부릅니다. 이러한 포인터들은 세그먼트 메모리 아키텍처를 지원하기 위해 도입되었으며, 현재는 raw pointer로 접근하는 동종 가상 주소 공간과 다른 주소 공간에 할당된 객체들에 접근하기 위해 사용됩니다. fancy pointer의 예시로는 매핑 주소 독립 포인터 boost::interprocess::offset_ptr 가 있으며, 이를 통해 std::set 과 같은 노드 기반 데이터 구조를 공유 메모리와 각 프로세스에서 다른 주소로 매핑된 메모리 매핑 파일에 할당할 수 있습니다. Fancy pointer는 이를 제공한 allocator와 독립적으로 사용할 수 있습니다 , 클래스 템플릿 std::pointer_traits 를 통해 (C++11부터) . 함수 std::to_address 를 사용하여 fancy pointer에서 raw pointer를 얻을 수 있습니다. (C++20부터)

표준 라이브러리

다음 표준 라이브러리 구성 요소들은 Allocator 요구 사항을 충족합니다:

예제

#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

결함 보고서

다음의 동작 변경 결함 보고서들은 이전에 발표된 C++ 표준에 소급 적용되었습니다.

1. ↑ std::allocator 의 멤버 타입 reference 와 const_reference 는 각각 T& 와 const T& 로 정의됩니다.
   • 만약 T 가 참조 타입인 경우, reference 와 const_reference 는 잘못된 형식입니다 (참조에 대한 참조는 형성될 수 없기 때문이며, 참조 축소 는 C++11에서 도입되었습니다).
   • 만약 T 가 const 한정자를 가진 경우, reference 와 const_reference 는 동일하며, address() 의 오버로드 집합은 잘못된 형식입니다.