C++ 自定义分配器大小参数作为模板参数引发编译器错误

Question

当我为容器使用自定义分配器时，以下代码给出了预期的结果（将大小 sz 保持为全局变量）

#include <cstddef> /* size_t */
#include <new> /* Only for bad_alloc */
#include <vector>
using std::vector;
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
std::size_t constexpr sz = 4;
template <typename T> class StaticAllocator {
protected:
    static T buf[sz];
public:
    typedef T value_type;
    T* allocate(std::size_t const n) {
        if (n > sz) throw std::bad_alloc();
        return buf;
    }
    void deallocate(T*, std::size_t) {}
};
template<typename T> T StaticAllocator<T>::buf[sz];
int main(void) {
    std::vector<char, StaticAllocator<char> > v;
    v.push_back('a');
    v.push_back('b');
    for (auto const& i : v) cout << i << endl;
}

当我尝试将大小用作类的模板参数时，这个版本的代码给了我编译器错误

#include <cstddef> /* size_t */
#include <new> /* bad_alloc */
#include <vector>
using std::vector;
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
template<typename T, std::size_t sz> class StaticAllocator {
protected:
    static T buf[sz];
public:
    typedef T value_type;
    T* allocate(std::size_t const n) {
        if (n > sz) throw std::bad_alloc();
        return buf;
    }
    void deallocate(T*, std::size_t) {}
};
template<typename T, std::size_t sz> T StaticAllocator<T, sz>::buf[sz];
int main(void) {
    std::vector<char, StaticAllocator<char, 4> > v;
    v.push_back('a');
    v.push_back('b');
    for (auto const& i : v) cout << i << endl;
}

Answer 1

要从T 类型的分配器中获取某个类型U 的分配器，使用成员别名模板std::allocator_traits::rebind_alloc<U> [allocator.traits.types]：

Alloc::rebind<T>::other 如果Alloc::rebind<T>::other 有效并且 表示类型；否则，Alloc<T, Args> 如果Alloc 是Alloc<U, Args> 形式的类模板实例化，其中Args 是零个或多个类型参数；否则，rebind_alloc 的实例化格式不正确。

请注意，Args 是 type 模板参数。在您的分配器中没有rebind。在第一种情况下使用Alloc<U>，Args 为空。但是在第二种情况下，第二个模板参数是一个非类型，它不能被Args匹配。

需要手动添加rebind成员结构：

template<typename T, std::size_t sz>
class StaticAllocator {
    // ...

    template<class U>
    struct rebind {
        using other = StaticAllocator<U, sz>;
    };
};

另请注意，您的分配器对于某些通用类型S 已损坏。首先，buf会默认初始化构造sz对象S。然后，在销毁现有的之前，它将通过在同一位置新建Ss 来覆盖。重新分配时也会发生类似的事情。这可能导致未定义的行为。有关详细信息，请参阅 this 和 this 问题。

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现在已删除的答案中提出了以下解决方案：从std::allocator<T>继承：

template<typename T, std::size_t sz> class StaticAllocator : 
    public std::allocator<T> {
// ...
};

代码编译并运行，但是...StaticAllocator::allocate 和 StaticAllocator::deallocate 被不调用（至少在 libstdc++ 中）。原因是内部std::vector总是uses rebind来获取分配器类型：

using Tp_alloc_type = 
    typename gnu_cxx::alloc_traits<Alloc>::template rebind<Tp>::other;

rebind 继承自 std::allocator<T>，它返回 std::allocator 而不是 StaticAllocator。这就是为什么你仍然需要在StaticAllocator 中提供自己的rebind。