The Standard Librarian: What Are Allocators Good For? Matt Austern
http://www.cuj.com/experts/1812/austern.htm?topic=experts
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Allocator是C++语言标准库中最神秘的部分之一。它们很少被显式使用，标准也没有明确出它们应该在什么时候被使用。今天的allocator与最初的STL建议非常不同，在此过程中还存在着另外两个设计－－这两个都依赖于语言的一些特性，而直到最近才在很少的几个编译器上可用。对allocator的功能，标准似乎在一些方面追加了承诺，而在另外一些方面撤销了承诺。
这篇专栏文章将讨论你能用allocator来做什么以及如何定义一个自己的版本。我只会讨论C++标准所定义的allocator：引入准标准时代的设计，或试图绕过有缺陷的编译器，只会增加混乱。
什么时候不使用Allocator
C+ +标准中的Allocator分成两块：一个通用需求集（描述于§ 20.1.5(表 32)），和叫std::allocator的class（描述于§20.4.1）。如果一个class满足表32的需求，我们就称它为一个 allocator。std::allocator类满足那些需求，因此它是一个allocator。它是标准程序库中的唯一一个预先定义 allocator类。
每 个 C++程序员都已经知道动态内存分配：写下new X来分配内存和创建一个X类型的新对象，写下delete p来销毁p所指的对象并归还其内存。你有理由认为allocator会使用new和delete－－但它们没有。（C++标准将::operator new()描述为“allocation function”，但很奇怪，allocator并不是这样的。）
有 关allocator的最重要的事实是它们只是为了一个目的：封装STL容器在内存管理上的低层细节。你不应该在自己的代码中直接调用allocator 的成员函数，除非正在写一个自己的STL容器。你不应该试图使用allocator来实现operator new[]；这不是allocator该做的。 如果你不确定是否需要使用allocator，那就不要用。
allocator 是一个类,有着叫allocate()和deallocate()成员函数（相当于malloc和free）。它还有用于维护所分配的内存的辅助函数和指 示如何使用这些内存的typedef（指针或引用类型的名字）。如果一个STL容器使用用户提供的allocator来分配它所需的所有内存(预定义的 STL容器全都能这么做；他们都有一个模板参数，其默认值是std::allocator)，你就能通过提供自己的allocator来控制它的内存管 理。
这 种柔性是有限制的：仍然由容器自己决定它将要申请多少内存以及如何使用它们。在容器申请更多的内存时，你能控制它调用那个低层函数，但是你不能通过使用 allocator来让一个vector行动起来像一个deque一样。虽然如此，有时候，这个受限的柔性也很有用。比如，假设你有一个特殊的 fast_allocator，能快速分配和释放内存（也许通过放弃线程安全性，或使用一个小的局部堆），你能通过写下std::list<T, fast_allocator<T> >而不是简单的std::list<T>来让标准的list使用它。
如果这看起来对你很陌生，那就对了。没有理由在常规代码中使用allocator的。
定义一个Allocator
关 于allocator的这一点你已经看到了：它们是模板。Allocator，和容器一样，有value_type，而且allocator的 value_type必须要匹配于使用它的容器的value_type。这有时会比较丑陋：map的value_type相当复杂，所以显式调用 allocator的map看起来象这样的，std::map<K，V, fast_allocator<std::pair<const K, V> > >。(像往常一样，typedef会对此有帮助。)
以 一个简单的例子开始。根据C++标准，std::allocator构建在::operator new()上。如果你正在使用一个自动化内存使用跟踪工具，让std::allocator更简单些会更方便。我们可以用malloc()代替:: operator new()，而且我们也不考虑（在好的std::allocator实作中可以找到的）复杂的性能优化措施。我们将这个简单的allocator叫作 malloc_allocator 。
既 然malloc_allocator的内存管理很简单，我们就能将重点集中在所有STL的allocator所共有的样板上。首先，一些类型： allocator是一个类模板，它的实例专为某个类型T分配内存。我们提供了一序列的typedef，以描述该如何使用此类型的对象： value_type指T本身，其它的则是有各种修饰字的指针和引用。
template <class T> class malloc_allocator
{
public:
typedef T value_type;
typedef value_type* pointer;
typedef const value_type* const_pointer;
typedef value_type& reference;
typedef const value_type& const_reference;
typedef std::size_t size_type;
typedef std::ptrdiff_t difference_type;
...
};
这些类型与STL容器中的很相似，这不是巧合：容器类常常直接从它的allocator提取这些类型。
为 什么有这么多的typedef？你可能认为pointer是多余的：它就是value_type *。绝大部份时候这是对的，但你可能有时候想定义非传统的allocator，它的pointer是一个pointer-like的class，或非标的 厂商特定类型value_type __far *；allocator是为非标扩展提供的标准hook。不寻常的pointer类型也是存在address()成员函数的理由，它在 malloc_allocator中只是operator &()的另外一种写法：
template <class T> class malloc_allocator
{
public:
pointer address(reference x) const { return &x; }
const_pointer address(const_reference x) const {
return &x;
}
...
};
现 在我们能开始真正的工作：allocate()和deallocate()。它们很简单，但并不十分象malloc()和free()。我们传给 allocate()两个参数：我们正在为其分派空间的对象的数目(max_size返回可能成功的最大请求值)，以及可选的一个地址值（可以被用作一个 位置提示）。象malloc_allocator这样的简单的allocator没有利用那个提示，但为高性能而设计的allocator可能会利用它。 返回值是一个指向内存块的指针，它足以容纳n个value_type类型的对象并有正确的对齐。
我 们也传给deallocate()两个参数：当然一个是指针，但同样还有一个元素计数值。容器必须自己掌握大小信息；传给allocate和 deallocate的大小参数必须匹配。同样，这个额外的参数是为效率而存在的，而同样，malloc_allocator不使用它。
template <class T> class malloc_allocator
{
public:
pointer allocate(size_type n, const_pointer = 0) {
void* p = std::malloc(n * sizeof(T));
if (!p)
throw std::bad_alloc();
return static_cast<pointer>(p);
}
void deallocate(pointer p, size_type) {
std::free(p);
}
size_type max_size() const {
return static_cast<size_type>(-1) / sizeof(value_type);
}
...
};
allocate ()和deallocate()成员函数处理的是未初始化的内存，它们不构造和销毁对象。语句a.allocate(1)更象malloc(sizeof (int))而不是new int。在使用从allocate()获得的内存前，你必须在这块内存上创建对象；在通过deallocate()归还内存前，你需要销毁那些对象。
C+ +语言提供一个机制以在特定的内存位置创建对象：placement new。如果你写下new(p) T(a, b)，那么你正在调用T的构造函数产生一个新的对象，一如你写的new T(a, b)或 T t(a, b)。区别是当你写new(p) T(a, b)，你指定了对象被创建的位置：p所指向的地址。(自然，
