allocator 与 PMR：把分配策略抽出来 / Allocators and PMR

这一篇偏高级。

如果你刚学完堆、RAII、智能指针，可以先知道 allocator 解决什么问题，不必立刻在业务代码里使用 PMR。

1. allocator 解决的不是“怎么 new 一个对象”

普通代码里，你写：

std::vector<int> values;
values.push_back(1);

vector 需要动态存储元素。

默认情况下，它会使用标准分配器。

allocator 的大方向是：

容器负责管理元素生命周期和结构。
allocator 负责提供和回收原始存储。

拆开看：

vector wants more capacity
  |
  v
allocator provides raw storage
  |
  v
vector constructs elements there
  |
  v
vector destroys elements when needed
  |
  v
allocator releases raw storage

所以 allocator 和对象生命周期相关，但它不等于对象本身。

2. 为什么需要自定义分配策略

默认分配器已经够普通程序使用。

自定义分配策略通常出现在：

大量小对象频繁分配释放
希望把一批临时对象放在同一块区域
降低内存碎片
统计分配次数和大小
限制模块只能从某个内存池分配
游戏、交易、嵌入式等对延迟敏感场景

例如解析一个请求时，会产生很多临时字符串和节点。

请求处理完以后，这些临时对象可以一起释放。

这时逐个 new/delete 成本和碎片可能不理想。

3. PMR 是什么

PMR 是 Polymorphic Memory Resource。

可以先理解成：

把“从哪里分配内存”变成运行时可替换的资源对象。

头文件：

#include <memory_resource>

PMR 容器例子：

#include <memory_resource>
#include <vector>

int main() {
    std::pmr::vector<int> values;
    values.push_back(1);
}

std::pmr::vector<int> 和普通 std::vector<int> 的接口很像。

差别在于它使用 std::pmr::memory_resource 来分配内存。

4. monotonic_buffer_resource

一个常见资源是：

#include <array>
#include <memory_resource>
#include <vector>

int main() {
    std::array<std::byte, 1024> buffer{};
    std::pmr::monotonic_buffer_resource resource(
        buffer.data(),
        buffer.size()
    );

    std::pmr::vector<int> values{&resource};
    values.push_back(1);
    values.push_back(2);
}

这里大致是：

stack buffer
+--------------------------------+
| 1024 bytes                     |
+--------------------------------+
        ^
        |
monotonic_buffer_resource
        ^
        |
pmr::vector uses this resource

monotonic 的意思是分配指针大体向前走。

它通常不逐个回收小块内存。

等资源对象销毁时，再把整体资源释放或结束使用。

这适合“一批临时分配一起结束”的场景。

5. 生命周期陷阱

PMR 最容易出错的不是语法。

而是资源对象的生命周期。

看危险代码：

#include <array>
#include <memory_resource>
#include <vector>

std::pmr::vector<int> make_values() {
    std::array<std::byte, 1024> buffer{};
    std::pmr::monotonic_buffer_resource resource(
        buffer.data(),
        buffer.size()
    );

    std::pmr::vector<int> values{&resource};
    values.push_back(1);
    values.push_back(2);
    return values;
}

问题是：

buffer 是局部对象
resource 是局部对象
values 使用 resource 分配元素存储
函数返回后 buffer 和 resource 都没了
返回出去的 values 仍然以为自己有可用资源

这就是典型生命周期错误。

PMR 不会自动让资源比容器活得更久。

你必须保证：

memory_resource 的生命周期
  至少覆盖所有使用它的容器

6. allocator 和 RAII 的关系

allocator 管的是原始存储策略。

容器仍然负责 RAII：

vector 析构
  |
  v
析构元素
  |
  v
通过 allocator/resource 归还存储

所以 allocator 不是绕开 RAII。

它是让 RAII 容器使用不同的底层存储来源。

如果这句话现在还抽象，可以先记：

不要一上来学 allocator API。
先理解容器什么时候分配、什么时候构造元素、什么时候析构元素。

7. 什么时候不要用 PMR

以下场景一般不需要：

普通业务代码
对象数量不大
没有明确性能瓶颈
团队不熟悉资源生命周期约束
代码可读性比微优化更重要

PMR 是工具，不是现代 C++ 的必备仪式。

如果只是想避免手写 new/delete，应该先用：

std::vector
std::string
std::unique_ptr
std::shared_ptr

不是先上 allocator。

8. 本篇总结

allocator/PMR 的位置是：

container
  管理元素、size、capacity、构造析构

allocator / memory_resource
  管理原始存储从哪里来、怎么归还

最重要的判断是：

这个分配策略真的解决了当前问题吗？
memory_resource 是否比使用它的容器活得更久？
出了问题时，团队能不能读懂这层抽象？

学到这里，你不需要马上写自定义 allocator。

但你应该能看懂：allocator 是把“内存从哪里来”从容器逻辑中抽出来。