allocate_shared是如何工作的？

Question

从std::allocate_shared in cppreference：

构造T类型的对象，并使用args作为用于T构造函数的参数列表把它包装在std::shared_ptr。该对象的构造方式如同使用表达式::new (pv) T(std::forward<Args>(args)...)，其中pv是内部void*存储器指针，该存储器适用于容纳T类型的对象。存储空间通常大于sizeof(T)，以便为共享指针的控制块和对象使用一个分配。

所有内存分配都使用alloc的副本完成，该副本必须满足Allocator的要求。

什么让我迷惑的，想想以下用户定义的分配器，还从cppreference

template <class T> 
struct Mallocator { 
    typedef T value_type; 
    Mallocator() = default; 
    template <class U> Mallocator(const Mallocator<U>&) {} 
    T* allocate(std::size_t n) { return static_cast<T*>(std::malloc(n * sizeof(T))); } 
    void deallocate(T* p, std::size_t) { std::free(p); } 
}; 
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; } 

由于Mallocator只能分配的sizeof(T)内存，怎么可能allocate_shared分配存储其中大于sizeof(T)中为了共享指针的控制块和T对象使用一个分配？

Answer 1

这是一个两部分的答案。首先我会解释它可以做什么，然后我会解释如何。

目标是在相同的分配内分配一个控制块和一个T的空间。这可以用一个内部模板结构来完成，这样的：

template <typename T> 
struct shared_ptr_allocation { 
    shared_ptr_control_block cb; 
    typename std::aligned_storage<sizeof(T)>::type storage; 
}; 

（假定内部shared_ptr_control_block类型的存在我不相信该标准要求使用任何特定结构，这仅仅是一个例子。并且可能会或可能不适合实际的实现。）

因此，所有std::allocate_shared()需要做的就是分配shared_ptr_allocation<T>连带既控制块和的T存储，这将放置新初始化后来。

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但是，我们如何获得适合分配此结构的分配器？这个，我相信是你问题的关键，答案很简单：std::allocator_traits。

此特征有一个rebind_alloc模板成员，它可用于获取不同类型的分配器，该分配器由您自己的分配器构造而成。例如，allocate_shared前几行可能看起来像：

template<class T, class Alloc, class... Args> 
shared_ptr<T> allocate_shared(const Alloc& alloc, Args&&... args) 
{ 
    using control_block_allocator_t = 
     typename std::allocator_traits<Alloc> 
        ::rebind_other<shared_ptr_control_block<T>>; 

    control_block_allocator_t control_block_allocator(alloc); 

    // And so on... 
} 

而且control_block_allocator用于执行实际分配。

检查this sample其中我们显示当执行分配T类型的名称，然后使用std::allocate_shared分配一个int。如果损坏类型名称int是i，我们分配的损坏类型名称是St23_Sp_counted_ptr_inplaceIi10MallocatorIiELN9__gnu_cxx12_Lock_policyE2EE。显然，我们正在分配不同的东西！

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旁白：我们可以通过前置声明一个allocator模板，它专门为一种类型，基本上留下其他专长没有定义，因此不完全证实了这一点。当我们尝试使用该分配器尝试allocate_shared时，编译器应该抛出一个合适的结果，并且看到it does！

error: implicit instantiation of undefined template 'OnlyIntAllocator<std::_Sp_counted_ptr_inplace<int, OnlyIntAllocator<int>, __gnu_cxx::_Lock_policy::_S_atomic> >'

所以，在此实现，std::_Sp_counted_ptr_inplace是模板结构是同时拥有控制块和对象存储。

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现在，解决实际再结合如何管理在实际工作中，这里有两个关键要求，这个非常简单的分配器满足他们两个。首先，我们需要std::allocator_traits<...>::rebind_other<...>来实际工作。从the docs cppreference：

rebind_alloc<T>：Alloc::rebind<T>::other如果存在的话，否则Alloc<T, Args>如果这是AllocAlloc<U, Args>

由于该示例类型不具有rebind模板构件，这个重新绑定模板简单地剥去模板参数关Mallocator<whatever>，并用新类型替换whatever（保留以下模板参数，如果有的话 - 在这种情况下没有）。

但是为什么要用旧的构造新的分配器，以及它是如何工作的？这是覆盖在您链接到自己的same page：

A a(b)：构造a这样B(a)==b和A(b)==a。不会抛出异常。 （注意：这意味着所有与rebind相关的分配器都会维护彼此的资源，例如内存池）