MyTinySTL学习之空间分配器：allocator.h（一）

1. 什么是allocator(分配器)？

• allocator代表一种特定的内存模型,将对内存的索求转变为对内存的直接调用。

• allocator用于实现内存的分配和回收及对象的构造和销毁，该类向外部提供了以下4种接口来实现一个对象在动态内存上的生命周期:

  分配内存（分配n个未初始化的T类对象）--->（使用构造函数）初始化该内存上的对象--->（调用该对象的析构函数）销毁对象--->释放内存

  Allocator提供的接口
  内存的分配和回收	对象的构造和销毁
  allocate(size_type n)	construct(T* ptr, const T& value)
  deallocate(T* ptr,size_type n)	destroy(T* ptr)

  由上可知，使用allocate()分配的内存是原始的、未构造的（即内存上为n个未初始化的空的T类对象，里面的值是随机的、未知的），所以申请完内存后，就要使用construct()在该内存上初始化该T类型的对象（因为使用未定义的内存，其行为是未定义的，不可预期的）。当我们使用完对象后，必须使用destory()来调用该对象的析构函数来销毁它们，当内存上的对象被销毁后，就可以再次对其进行操作，即在上面构造其他本类对象/释放内存。

  allocator的接口使用：
  
  allocator<string> a;               //定义一个分配器对象a，它可以分配string对象
  auto const p=a.allocate(n);    //分配n个未初始化的string对象，并返回存放这些对象的内存块的首地址 
  a.construct(p,val/args);           //初始化（赋值/调用其构造函数）该内存上的string对象
  a.destroy(p);                      //执行这些string对象的析构函数
  a.deallocate(p,n);                 //释放从从p开始的n*sizeof(string)的内存空间
  
  

2. allocator()和new()的区别？

• allocator帮助我们将内存分配和对象构造分离开来。它分配的内存是原始的、未构造的。即allocate()出的内存是未初始化的（即划了块地。这块地原来上面是什么，现在还是什么），所以需要接着用construct()初始化它。这样分离成two-stage的设计使得用户可以在大块内存上的使用时可以按需构造对象，而避免不必要的浪费（避免多余的default ctor）。

  • allocator的缺点：

  • 1.时刻记债：由上面的接口可知，如果使用allocate()来分配内存，那deallocate()释放内存时还需要将申请的内存大小作为参数传入，即从申请到释放的整个周期你都需要知道自己要了多少内存，这就导致如果直接使用allocator来分配内存太容易出错了。所以allocator往往被当作template实参/构造函数实参传递给容器，然后保存在其内部，为容器分配内存。也正是由于分配器的存在，容器和算法得以参数化它们的元素存储方式。

• new将内存分配和对象构造组合在了一起，它分配的内存是默认初始化的，即分配内存后立即初始化（默认构造）一个该类的空对象（也可以通过在new T[n]的后面加上()调用该类对象的default ctor或初值列{}来对这些有定义的内存上的空对象进行值初始化）。即new申请的内存空间上的对象一定执行过该类的default ctor。

  • new的缺点：
  • 1.可能造成不必要的浪费：分配单个对象时，由于我们几乎肯定知道我们想要一个什么初值的对象，所以我们希望将内存的分配和对象初始化放在一起，此时new不会造成浪费。但当分配一大块内存时，我们往往不知道我们要给创建出的对象赋什么初值，所以在使用时再按需在这块内存上构造不同value的T类对象才是合理的，此时new分配出的内存就造成了很大的浪费，其一，当我们以T类型申请了一大块内存，但此时只需要x个T类型的对象时，就会导致在(n-x)*sizeof(T)的内存空间上创建了n-x个我们可能永远也用不到的T类型对象，这些多余的default ctor造成了浪费。其二，在申请一大块内存时，我们往往不知道我们要给创建出的对象赋什么值，即我们会在使用时，对new出的对象进行再一次赋值，此时这个对象就会经历2次赋值，这也造成了浪费。
  • 2.没有默认构造函数的类不能用new为其动态分配内存，这是非常重要的！

3. 选择合适的动态内存分配方法：

• 在需要大量未初始化的内存时，使用适合的容器（其内部使用的是allocator来分配内存）
• 在需要少量且已知要赋什么初始的内存时，使用new/delete（这是C++关键字）或malloc/free（这是C库函数）

4.使用allocator分配内存的实验和自己的一些理解：

• 思考:在查询资料时，关于allocate()分配内存的表述和定义，使我对allocate（）执行之后到constrcut()执行之前这段时间的内存状态产生了疑惑。因为allocator是模板类，在定义allocator对象时就指定了即将分配的内存上"可存放的数据类型T"（即我们分配出来的内存上只能放T类型的对象），然后才调用allocate()分配n*sizeof(T)的内存空间，再使用construct()在上面构造对象。而allocate()在内部调用的又是malloc()，其返回值是void,且分配的内存应该是一整块。所以我就产生了以下疑惑：在仅allocate()后，是仅仅分配了一整块空内存还是将这块内存分成了n块？内存上有没有T类型的对象存在？内存上有没有初始值？为了搞清楚这些问题，我试图打印出allocator每个阶段下内存的状态，做了以下实验。

• 实验：

  从上图的实验结果可以看出，allocate()接受n*sizeof(T)的参数形式来进行内存分配，分配出的内存，是连续的n块sizeof(T)的内存空间。由此可见，仅allocate()后，内存上是有对象存在的。而这块内存上的初始值是随机值(因为allocate其实就是在调用malloc()，使用malloc()分配的内存的默认值是随机的)。

  destory()后，也更加印证了，创建出的内存是分为n块的。至于为什么allocate()后的检测不用string，而是特地在前面用int验证，是因为string对象里面就是个指针，直接对一个未知的随机的地址进行提领操作，就会直接抛出异常退出程序，所以无法直接用string来验证仅allocate()后的内存。

• 总结：打个比方，allocate()就是圈了一大块地，这块地上的房子都是同一类型（T）的，你不知道这房子里原来放的是什么（因为有可能是二手房），所以不能直接用这块内存，而是要紧接着使用construct来调用T这个类的构造函数，给这房子装修成我们可以用的、已知状态的新房子，这样我们才能够得到我们能使用的房子（即对象）。这样理解allocate()到construct()间的内存状态就不难了。而destory()就是把房子里的指针释放、数值清0等，所以destroy()后的内存空间仍然是分成n块的。

最后：这是一篇记录学习疑惑和想法的帖子，里面的内容、表述并不一定正确，只是自己当下的理解，如有错误，还望提出您宝贵的意见。