C++ Primer学习笔记 - 原始内存分配类allocator
为什么会有allocator类
new将内存分配和对象构造组合到了一起，delete将对象析构和内存释放页组合到了一起。
当申请分配一大块内存时，我们通常希望将内存分配和对象构建分离开。比如，下面将内存和对象构造组合到一起可能导致不必要的浪费：
string *const p = new string[n]; // 申请n个string内存空间，并调用default构造函数构造n个空的string对象
string s;
string *q = p;
while (cin >> s && q != p + n)
*q++ = s; // 对*q赋新值
const size_t size = q - p;
// 对数组进行读写等操作
// ...
delete[] p; // 析构数组的每个对象元素，并释放数组空间
可以从上面代码看出，我们对申请的n个string内存空间的每个元素，都构建了2次string对象：一次是使用new申请内存的时候，另外一次是遍历数组对*q赋值的时候。
如何解决这个问题？避免2次对象的构建？
这就需要引入allocator类。
allocator类
头文件<memory>
提供分配原始的、未构造的内存的方法，可以将内存分配和对象构造分离开来。
allocator是一个class template，我们这样定义一个allocator对象并申请分配n个未初始化的string：
allocator<string> alloc; // 定义一个可以分配string的allocator对象
auto const p = alloc.allocate(n); // 分配n个原始string内存空间
allocator常用操作：
allocator<T> a;
a.allocate(n); // 分配一段原始的、未构造的内存空间，该空间为n个原始的T类型对象大小，并返回首地址
a.deallocate(p, n); // 释放allocate分配的空间，首地址p，空间为n个T类型对象大小
a.construct(p, args); // 在p所指向的内存构造一个T对象，p必须是T*类型指针，指向一块原始内存，args是构造T类型对象所需要参数
a.destroy(p); // 析构p所指向内存空间上的T对象，p必须是T*类型指针
allocator构造对象
allocator分配的内存是原始的、未构造的内存空间（称为raw memory），要在其基础上构造对象，就要使用constructor方法构造对象，用destroy方法析构对象。
// 定义allocator对象
allocator<string> alloc; // 定义一个可以分配string的allocator对象
auto const p = alloc.allocate(n); // 分配n个原始string内存空间
// 利用allocator对象，在raw memory上构造string对象
auto q = p;
alloc.construt(q++); // *q为空字符串，并且q指向下一个待构造string对象首地址
alloc.construct(q++, 10, 'c'); // *q为cccccccccc
alloc.construct(q++, "hi"); // *q为hi
// 析构构造的对象
// 析构之后对象便销毁了，内存重新变成raw memory
while (q != p)
alloc.destory(--q);
// 释放内存空间，归还给系统
// 释放内存后不可再访问
alloc.deallocate(p, n);
注意：deallocate释放内存前，最好先调用destory析构对象，因为构造的对象可能包含其他资源依赖于对象的析构函数释放。
拷贝和填充raw memory的算法
除了可以利用allocator的constructor在raw memory上构造对象，还可以用标准库的2个伴随算法（uninitialized_copy和uninitialized_fill）来对raw memory进行填充。
#include <memory>
uninitialized_copy(b, e, b2); // 从指定迭代器范围[b, e)拷贝所有元素到b2指向的raw memory中。b2指向的memory必须足够大，以容纳输入序列中元素拷贝。返回copy后的目的位置迭代器
uninitialized_copy_n(b, n, b2); // 从指定迭代器范围[b, b+n)拷贝n个元素到b2指向的raw memory中。返回copy后的目的位置迭代器
unintialized_filled(b, e, t); // 在指定迭代器范围[b, e)中创建对象，所有对象值均为t的拷贝。返回填充后的目的位置迭代器
unintialized_filled_n(b, n, t); // 在指定迭代器范围[b, b+n)中创建n个对象，所有对象值均为t的拷贝。返回填充后的目的位置迭代器
例如，
vector<int> vi = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
allocator<int> alloc;
auto p = alloc.allocate(vi.size() * 2); // 申请vi 2倍大尺寸的raw memory
auto q = unintialized_copy(vi.begin(), vi.end(), p); // 拷贝vi所有元素到p开头的内存块中
unintialized_fill_n(q, vi.size(), 42); // 将p的剩余空间全部填充位42
我们用allocator重新开头new写的那段程序：
/* 原始程序 */
int n = 10;
string *const p = new string[n]; // 申请n个string内存空间，并调用default构造函数构造n个空的string对象
string s;
string *q = p;
while (cin >> s && q != p + n)
*q++ = s; // 对*q赋新值
const size_t size = q - p;
// 对数组进行读写等操作
// ...
delete[] p; // 析构数组的每个对象元素，并释放数组空间
/* allocator改写程序 */
int n = 10;
allocator<string> alloc;
auto p = alloc.allocate(n);
string s;
auto q = p;
while (cin >> s && q != p + n)
{
alloc.construct(q++, s);
}
alloc.deallocate(p, n);
