一步一步写STL:空间配置器 （1）

侯捷说：追踪一流程序，并从中吸取养分，模仿着他写的程序，比那些自以为靠自己努力写出来的下三流程序价值高得多，至少我这么认为——世界上99.999%的程序，在STL面前都是下三流水平！

 

侯捷老师这句话对STL的评价太高了，以前只是熟练使用STL，知道一点原理，受他的影响，最终还是决定研究STL的源码,才刚开始收获就不小，还是把这个过程记录下来，并想着借助标准库的原理，自己写一个完整的仿STL，我觉得这是一个很大的工程，因为涉及到高级数据结构，强大的算法，泛型编程思维，STL的掌握，强大的C++编码水平，层次复杂的继承，型别萃取技术，相信这个过程会收益颇丰！毕竟我才大二，时间一大把，我想在我本科期间，做完这一个工程，也无憾了！

 

下图就是STL的层次分布图，当然还缺少一些组件，比如数值处理，pair对组，string,智能指针以及valarray数组等等，其中实现的难点主要集中在几个地方，分别是map红黑树的实现，heap算法体系，函数配接器，流迭代器。尤其是函数配接器，他的内部实现简直是穷尽一切顶尖技巧，令人叹为观止，我先从最左边的内存分配器开始，因为他是所有的核心！

 

 

对于内存分配器其实并不陌生，比如每个操作系统有自己的内存分配器，ACE里面有个ACE_allocatir分配器，所以STL也一样，他的的内存分配器(空间配置器)在标准库中充当了异常重要的角色，所有的内存分配，管理，释放都是由他控制，SGI的设计理念就是把内存管理这一块红灯区抽离出来，作为模版参数传递进去每个容器

由于STL实现版本众多，这里我先给出了一个分配器的可用接口，参照的是微软的STL实现版本而非SGI版本，但是他无疑是很好的一个入门点！

比如在vector:

template<class T,class Alloc<T> = allocator<T> >

class vector.........

他使用的是内置的默认内存分配器，在上图中我们看到有两个分配器，这是SGI STL中的高级之处，实作了多级内存分配，利用内存池实现效率上的优化，同时也减少了内存碎片的可能性。

在这之前需要知道两个全局函数 ::operator new 和 ::operator delete ，注意不要把他们和一般的new delete混为一谈，我们的运算符new在分配内存的时候同时调用对象的构造函数初始化内存，而::operator new只是分配内存，并不调用构造函数，这是实现一块无初始化内存池的关键点，同理delete。

另外还需要了解placement new运算符，他是定位运算符，并不分配内存，只是定位到某一已分配区域！

这里我们先实现一个能跟标准容器接口的分配器类，他并不高明，但是体现了标准分配器的必要特性，其实从某个角度说属于SGI版本的一级分配器的外观，SGI在分配内部使用的时malloc并做了一些必要措施和优化而已：

template<class _Ty>struct Allocator_base{//配置器基类typedef _Ty value_type;};template<class _Ty>struct Allocator_base<const _Ty>{//配置器特化于const的基类typedef _Ty value_type;};template<class _Ty>class Allocator:public Allocator_base<_Ty>{public://配置器内部型别typedef typename std::size_t size_type;typedef typename std::ptrdiff_t difference_type;typedef _Ty* pointer;typedef const _Ty* const_pointer;typedef _Ty& reference;typedef const _Ty& const_reference;typedef Allocator_base<_Ty> _Mybase;typedef typename _Mybase::value_type value_type;//配置器型别转换template<class _other>struct rebind{typedef Allocator<_other> other;};//地址函数定义pointer address(reference value)const{return &value;}const_pointer address(const_reference value)const{return (const_pointer)&value:}//默认构造函数 什么都不干Allocator() throw() {}//默认复制构造 Allocator(const Allocator &)throw() {}//不同配置器的复制构造template<class _otherAll>Allocator(const Allocator<_otherAll> &)throw() {}//析构函数~Allocator()throw() {}//返回能分配的最大内存size_type max_size()const throw(){   //借助数值函数numeric_limit<size_type>::max() /sizeof(_Ty);}//分配未构造的内存待用pointer allocate(size_type num,typename Allocator<void>::const_pointer hint= 0){return (pointer)(::operator new(num * sizeof(_Ty)) );}//在内存中构造对象void construct(pointer p,const_reference value){new(p) _Ty(value);  }//析构内存中的对象void destroy(pointer p){p->~_Ty();}void deallocate( pointer p, size_type size ){::operator delete(p);}//为了跟标准配置器接轨，这里只能返回true，下一个只能返回falsebool operator==(Allocator const& a) const { return true; }bool operator!=(Allocator const& a) const { return !operator==(a); }};//allocator模版特化于类型void的类template<> class Allocator<void>{public:typedef void _Ty;typedef _Ty* pointer;typedef const _Ty* const_pointer;typedef _Ty value_type;template<class _other>struct rebind{typedef Allocator<_other> other; };Allocator()throw() { //还是一样，什么都不干}Allocator(const Allocator<_Ty>& )throw(){ //复制构造，什么都不干}template<class _Other>Allocator(const Allocator<_Other>&) throw(){}template<class _Other>Allocator<_Ty>& operator=(const Allocator<_Other>&){return (*this);}};

最开始是两个基类，这两个基类没有任何成员，只有一个内置型别，这两个基类不是必须的，可以略过，只是体现一种好的设计而已，最后一个类是模版特化了一个void类型，这样做也只是为了使用void的时候不发生未定义行为，从这一点可以看到STL对各种可能的情况都做了充分的预料，我们主要来看Allocator类！

刚开始定义了一对typedef，这是为分配器类定义一堆内置型别，其实也可以不定义啊，只不过在STL中都这样定义，构建出一种统一的类型型别，方便管理和可读性

接下来的

template<class _other>

struct rebind

{

     typedef Allocator<_other> other;

};

这是一个分配器转换方式，可以方便的转换为为另一种类型服务的分配器，比如说我们构造的是T类，如果需要构造T*的时候，可以这样使用

Allocator<T>::rebind<T*>::other  pAllocator;

这样pAllocator就是一个为T*服务的分配器，具体参考《STL标准程序库》！

 

该类接下来的函数都是标准接口必须的，不能少任何一个，其中有变动的是这四个 allocate   deallocate   destory  construct

allocate函数分配一片连续的未被构造的空间备用，

deallocate  函数释放空间

construct函数调用布局new，同时调用构造函数，对象被new定位在指定位置

destory 函数调用析构函数，

之所以说这几个函数可变性比较大，我举个例子，假如我们做一个学生成绩管理系统，当然需要构造学生类，也就是需要从数据库获得数据来初始化学生对象，那么你就可以在construct里面内嵌SQL语句，在你盛装学生对象的容器中，获得的数据来源不是从键盘输入(参数传入)，而是自动的从数据库获取过来，这样岂不是很方便！同理其他几个函数，

这个分配器还是很简单的，就只需要注意那几点，所以我们在写自己的分配器并希望和标准容器接口时，要提供应有的接口

 

以后还会使用这个分配器，直接拿来当作SGI STL版本的入口点，至于如何优化，下一节在写！

到此我们可以写个小程序测试一下了：

#include <iostream>#include <list>#include <vector>#include <algorithm>#include "allocator.h"using namespace std;int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){std::vector<double,Allocator<double> > vec_double;std::list<int,Allocator<int> > list_int;for(int i=0;i<60;i++){list_int.push_back(i);vec_double.push_back( double(i)/3 );}list<int,Allocator<int> >::iterator it = list_int.begin();vector<double,Allocator<double> >::iterator io = vec_double.begin();cout<<"list test:"<<endl;for(; it!= list_int.end();++it)cout<<*it<<" ";cout<<endl<<endl;cout<<"vector test:"<<endl;for(;io!= vec_double.end();++io)cout<<*io<<" ";system("pause");return 0;}