引言：STL 中的内存分配器（allocator）
网友说，能讲讲stl的内存分配器
好的，这一期我们就来讲一个C++标准库中的内存分配器allocator
的内存分配器（allocator）是C++标准库中用于分配和释放内存的抽象接口。它主要负责为容器（例如 std::vector、std::string、std::map 等）提供底层的内存管理支持
它的核心作用是为容器动态分配内存，并确保内存的正确管理和高效使用，标准库中的默认分配器是 std::allocator，它封装了底层的内存分配操作（如 new 和 delete）
简单示例：std::string 的内存分配行为
#include <iostream>
#include <string>int main() { // 使用 SSO std::string s = “Hello”; std::cout << “Size: ” << s.size() << “, Capacity: ” << s.capacity() << std::endl; // 触发动态分配 s += ” World! This is a long string”; std::cout << “Size: ” << s.size() << “, Capacity: ” << s.capacity() << std::endl; return 0; }
在这个示例，咱们定义了一个std string的变量s，并初始化为字符串 hello
然后使用+=运算符将” World! This is a long string” 追加到变量 s 中。
std::string 的底层实现
在 MSVC 2019 中
using string = basic_string<char, char_traits<char>, allocator<char>>;
std::string 是 std::basic_string的别名，它被定义在 <string> 头文件中
其中 std::allocator<char> 是默认的内存分配器
basic_string 的核心结构
我们首先大概来看一下std string的实现
STL的代码向来都是天书般的存在，不管你是多少年的C++程序员，只要翻看STL的代码，你都会有一种自己是C++菜鸟的感觉
言归正传
我已经为你剥开层层代码，找到stl中关于basic_string的定义
在这个类中
_Compressed_pair<_Alty, _Scary_val> _Mypair;
_Mypair 是一个 _Compressed_pair对象，它用于存储分配器和 _String value（字符串数据）。 它通过压缩对技术（EBO），分配器通常不会占用额外空间
这个_Scary_val实际上只是_String_val的别名
Small String Optimization (SSO) 小字符串优化
_String_val包括：一个联合体_Bx，它的主要作用是SSO 或动态分配
其中_Buf是一个固定大的缓冲区，用于SSO
SSO 的全称是 Small String Optimization（也就是小字符串优化）
是 C++ 标准库中 std::string的一种实现技术。SSO 的核心思想是利用 std::string 对象内部的固定大小缓冲区来存储短字符串，从而避免动态内存分配和释放的开销。
我们接着看，_BUF_SIZE的大小是16个字节（对于 char类型来说，它可存储 15 个字符 + 一个终止符 \0）。
也就是说当你存储存15个以内的字符串的时候，它是使用这个固定的BUFFER的，这样就能提升效率
因为我们实际开发中，大多数常景都是短字符串的操作
_Mysize 是字符串的实际长度
_Myres：用于记录分配的容量。
示例代码执行分析
回过头来看咱们的代码，这一行
std::string s = “Hello”;
因为它的长度小于16，所以它会将hello存储到SSO缓冲区中
而下边这一行代码，这是一个追加操作，可能触发内存重新分配
s += ” World! This is a long string”;
我们一起来看代码，string类重载了+=运算符，实际上它内部调用了append函数来追加字符串
在append函数中，如果要添加的字符串长度仍然小于SSO缓冲串的剩余空间，那么直接将它复制到SSO缓冲区
否则就调用_Reallocate_grow_by函数重新分配缓冲区
重新分配完成后，先把之前存储的旧字符串复制到新分配的缓冲区中
再把追加的字符串复制到新分配的缓冲区中
这样就完成了字符串的追回过程
std::allocator 的实现原理
明白了std string对字符串的处理过程，对于辅助我们理解std::allocator是有帮助的
std::allocator 是标准库提供的一个模板类，定义在 <xmemory> 头文件中。它是 C++ 标准分配器的默认实现
allocator分配器主要实现了allocate函数用于分配内存，对于allocate分配函数，最终它还是调用的operator new去申请内存
deallocate用于释放内存, 而在deallocate中，最终也只是调用了operator delete去释放所分配的内存
而当一个allocator被用在具体的STL中的数据结构中时，例如string中
当字符串长度在SSO缓冲区长度内，则存储于SSO缓冲区中，如果超过SSO缓冲区长度，allocator会负责分配堆内存。
而当字符串销毁或重新分配时，allocator会释放堆内存
allocator_traits 与自定义分配器
此外，在STL中，通过 std::allocator_traits 封装
std::basic_string 并不会直接调用 std::allocator 的方法，而是通过 std::allocator_traits 提供一致的接口
在使用 C++ 标准模板库（STL）时，通常情况下不需要自己实现 std::allocator，因为默认的 std::allocator（基于 new 和 delete）已经足够高效且通用，能够满足大多数应用场景的需求
但是如果在高性能计算、实时系统或需要频繁分配/释放内存的场景中，那么用户则可以实现一个自定义的分配器，例如内存池分配器来提升性能
总结
关于stl的内存分配器，现在你明白了没？
