C++17 PMR 内存管理详解：memory_resource 与 polymorphic_allocator

3. resource()

功能：该函数来取当前分配器使用的 std::pmr::memory_resource 对象。用它用户可了解当前分配器所使用的内存资源，且可在需要时切换或管理。 返回值：返回当前分配器使用的内存资源对象的指针。

(三) 使用示例

#include <memory_resource>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    // 创建默认内存资源
    std::pmr::memory_resource* default_resource = std::pmr::get_default_resource();
    // 创建使用默认资源的多态分配器
    std::pmr::polymorphic_allocator<int> alloc(default_resource);
    // 使用多态分配器分配内存
    std::pmr::vector<int, std::pmr::polymorphic_allocator<int>> vec(alloc);
    // 添加元素
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    vec.push_back(3);
    // 输出元素
    for (int i : vec) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

这里，首先用 std::pmr::get_default_resource() 函数取了一个默认内存资源。然后创建了一个使用该默认资源的分配多态分配器。 接着使用该分配器创建了一个 std::pmr::vector 容器 vec，并向其中添加了一些元素。最后，遍历容器并输出其中的元素。

(四) 自定义内存资源

用户还可自定义 std::pmr::memory_resource 的继承类，以实现特定的分配内存策略。如，可实现一个线程本地的内存池分配器，或一个基于映射文件的分配内存器。

自定义内存资源示例

#include <memory_resource>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>

class ThreadLocalMemoryResource : public std::pmr::memory_resource {
private:
    std::mutex mutex_;
    std::vector<char> buffer_;
public:
    void* do_allocate(std::size_t bytes, std::size_t align) override {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        buffer_.resize(buffer_.size() + bytes);
        return buffer_.data() + buffer_.size() - bytes;
    }

    void do_deallocate(void* ptr, std::size_t bytes, std::size_t align) override {
        // 不需要释放线程本地内存资源
    }

    bool do_is_equal(const std::pmr::memory_resource& other) const noexcept override {
        return this == &other;
    }
};

int main() {
    // 创建自定义内存资源
    ThreadLocalMemoryResource custom_resource;
    // 创建一个使用自定义资源的多态分配器
    std::pmr::polymorphic_allocator<int> alloc(&custom_resource);
    // 使用多态分配器分配内存
    std::pmr::vector<int, std::pmr::polymorphic_allocator<int>> vec(alloc);
    // 添加元素
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    vec.push_back(3);
    // 输出元素
    for (int i : vec) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

这里，定义了从 std::pmr::memory_resource 继承的叫 ThreadLocalMemoryResource 的自定义内存资源类。

在 do_allocate 函数中，按内存缓冲使用一个 std::vector，每次分配内存时，将缓冲的大小增加到要求的字节数，并返回新分配内存的指针。

在 do_deallocate 函数中，因为是线程本地内存资源，不需要释放内存，因此无需操作。在 do_is_equal 函数中，比较对象的地址来判断两个内存资源是否相等。

在主函数中，创建了一个 ThreadLocalMemoryResource 对象 custom_resource，并使用它创建了一个分配多态分配器。 然后使用该分配器创建了一个 std::pmr::vector 容器 vec，并向其中添加了一些元素。最后，遍历容器并输出其中的元素。

三、总结

std::pmr::memory_resource 和 std::polymorphic_allocator 是 C++17 中引入的重要的管理内存工具，它们为分配内存提供了更高的灵活性和统一性。

自定义内存资源，用户可按需实现高效的管理内存策略，如在多线程环境中使用线程本地分配内存来提高性能，或使用内存池分配来减少内存碎片。

这些工具的引入使得 C++ 在管理内存方面更加强大和灵活，可更好地满足不同应用场景的需求。同时，它们也提高了代码的可维护性和可扩展性，使得你可更加轻松地管理和优化内存使用。

在实际应用中，可选择合适的内存资源和分配器，并结合自定义内存资源，实现更加高效和灵活的管理内存。

如，在对性能要求极高的场景中，可用自定义的内存池分配器来减少分配和释放内存的成本；在多线程环境中，可用线程本地内存资源来避免线程间的竞争。 总之，std::pmr::memory_resource 和 std::polymorphic_allocator 为 C++ 你提供了强大的管理内存能力，值得深入应用和探索。