C++内存管理：其七、标准库中的allocator

首先明确一点，绝大多数情况下，是标准库中的容器使用allocator。因为容器需要频繁的申请和释放内存。

一、容器使用allocator

典型的例子：

vector<int , allocator<int>> a;

但是为什么我们通常的定义vector变量的方法是：

vector<int> a;

这就要看看stl里面vector的定义了：

template<typename _Tp, typename _Alloc = std::allocator<_Tp> >
    class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc>

显然，第二个参数是默认参数。如果我们什么也不输入，则会传入一个实例化的类模板allocator。实例化的类型与容器元素类型一致。如果你故意传入一个类型不一致的allocator，编译可以通过，但是这种做法等于搬起石头砸自己的脚。

二、为什么容器需要allocator？

容器在初始化、扩容、新增元素等情况下需要申请内存，删除元素需要释放内存。allocator可以帮助我们做这个事情。这就有一个问题，为什么 不直接用malloc和free函数？
其实，VC和BC版本的编译器，allocator就是malloc和free套了个壳子，加入了一些日志，增加了一些错误处理而已。但是存在两个问题：（1）多次malloc有cookie浪费；（2）频繁malloc和free比较耗时。
在GC版本的编译器情况大不一样了。G4.9版本的编译器加入了内存池的思想，可以有效解决上面的两个问题。
在侯捷老师的课中，有这么一句话：“频繁的malloc和free会产生大量的cookie浪费，如果你有100万个元素，就会浪费100万个cookie。”这句话其实不太严谨。当然侯捷老师举的例子是list，list如果想放置100万个元素，自然要申请100万个空间，在VC版本的分配器之下自然产生100万个cookie。但是如果是vector，情况就不一样了，可能一次就malloc了100万的空间，cookie就只有一个。

三、VC、BC版本的分配器

没什么好说的，就是套了个malloc和free。
比如说

vector<int> a(100);

那么在初始化的时候，会调用malloc函数，申请一块4*100字节的内存。

四、G4.9版本的分配器

分为两级分配器：
（1）一级分配器，就是原装的malloc和free。没什么好说的。当申请内存的大小超过128字节的时候，调用一级分配器。

（2）二级分配器，利用了线程池的思想，适合分配小块内存。
结构如下：

是一个长度为16的指针数组，下拉链表。每个链表都是一个freelist，就是内存池。关于freelist和内存池的概念，可以参考前三篇博客。
长度16是为了适配不同的内存大小。内存块大小都是8的倍数，从8到128。
假如要申请一块大小是6字节的内存，那么上取8的倍数，取8字节。到数组第一位找内存块。
申请内存的步骤为：
（1）申请内存大小上取8的倍数，找到对应的freeList拿内存块。
（2）如果freeList已经满了，或者之前没申请过。那么malloc大块内存，按照这个位置上的内存大小切片，拉链表（使用嵌入式指针）。
释放步骤参考前三篇博客。

有个注意点：
一个进程中，只有一个二级分配器数据对象。因为数据结构、分配函数都是静态的。所以在这个进程中，vector和list，用的都是这一个分配器数据对象。