自定义指针类型和容器/分配器类型定义

Question

C++ 标准容器和分配器为容器使用的指针类型提供 typedef，即：

typename std::vector<T>::pointer
typename std::vector<T>::const_pointer

用于创建 typedef 的实际指针类型是通过std::allocator_traits 确定的

typedef typename std::allocator_traits<Allocator>::pointer pointer;

由于每个容器也有一个value_type typedef，所以pointer typedef 的用途大概是用于某些奇怪的情况，即使用的指针类型其他而不是value_type*。我个人从未见过这样的用例，但我想标准委员会希望提供在容器中使用自定义指针类型的可能性。

问题在于这似乎与为std::allocator_traits 中的函数提供的定义不一致。具体来说，在std::allocator_traits 中我们有construct 函数，定义为：

template <class T, class... Args>
static void construct(Alloc& a, T* p, Args&&... args);

...只是调用a.construct(p, std::forward<Args>(args)...)

但请注意，此函数没有为自定义指针类型做任何规定。参数p 是一个普通的原生指针。

那么，为什么这个函数的定义不是这样的：

template <class... Args>
static void construct(Alloc& a, typename Alloc::pointer p, Args&&... args);

如果没有这个，使用 std::allocator_traits<Alloc>::construct 的容器如果与定义一些自定义指针类型的分配器一起使用，将会失败。

那么，这里发生了什么？还是我首先误解了pointer typedefs 的目的？

Answer 1

这种二分法是有目的的，不会造成问题。 construct 成员函数通常是这样实现的：

template <class U, class ...Args>
void
construct(U* p, Args&& ...args)
{
    ::new(static_cast<void*>(p)) U(std::forward<Args>(args)...);
}

即它转发到位置new，而后者又具有以下签名：

void* operator new  (std::size_t size, void* ptr) noexcept;

所以最终你需要一个“真正的”指针来调用placement new。为了传达需要构造的对象的类型，在指针类型中传递该信息是有意义的（例如U*）。

为了对称，destroy 也是根据实际指针来表述的，通常这样实现：

template <class U>
void
destroy(U* p)
{
    p->~U();
}

“花式指针”的主要用例是将对象放入共享内存中。一个名为offset_ptr 的类通常用于此目的，并且可以创建一个分配器来分配和释放offset_ptr 引用的内存。因此 allocator_traits 和 allocator allocate 和 deallocate 根据 pointer 而不是 value_type* 来处理流量。

那么问题来了：如果你有一个pointer，并且需要一个T*，你会怎么做？

我知道有两种技术可以从pointer p 创建T*

1.std::addressof(*p);

当您取消引用 pointer p 时，它必须根据标准产生一个左值。然而，能够放宽这个要求会很好（例如，考虑一个 pointer 返回一个代理引用，例如 vector<bool>::reference）。 std::addressof 被指定为将 T* 返回到任何左值：

template <class T> T* addressof(T& r) noexcept;

2.to_raw_pointer(p); // where:

template <class T>
inline
T*
to_raw_pointer(T* p) noexcept
{
    return p;
}

template <class Pointer>
inline
typename std::pointer_traits<Pointer>::element_type*
to_raw_pointer(Pointer p) noexcept
{
    return ::to_raw_pointer(p.operator->());
}

这会调用pointer 的operator->()，这将直接返回T* 或转发到将直接或间接返回T* 的内容。所有pointer 类型应该支持operator->()，即使它引用bool。这种技术的一个缺点是当前operator->() 需要不被调用，除非pointer 是可取消引用的。应该在标准中取消该限制。

在 C++14 中，第二个重载（实际上是两个重载）的返回类型可以方便地替换为 auto。

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如果你有一个T* 并希望构造一个pointer，那么你就不幸了。没有可移植的方式可以朝这个方向进行转换。

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还要注意tangentially related LWG issue 关于vector::data() 成员函数的返回类型。它在value_type*、pointer 和回来之间反弹，目前（并且有目的地）是value_type*。