C++中的std::pmr是什么？C++17可多态内存资源库详解【内存管理】

技术教程
2025-12-20 17:35:02

std::pmr 是 C++17 引入的多态内存资源抽象接口，提供统一、可替换、运行时多态的内存管理机制，核心为 std::pmr::memory_resource 抽象基类及多种默认实现（如 pool、monotonic_buffer 等），通过 std::pmr::polymorphic_allocator 绑定到容器，解耦内存策略与数据结构，支持池分配、栈式分配、线程局部缓存等场景。

c++中的std::pmr是什么？c++17可多态内存资源库详解【内存管理】

std::pmr 是 C++17 引入的 Polymorphic Memory Resource（多态内存资源）库，位于头文件 <memory_resource></memory_resource> 中。它不是一套全新的内存分配器，而是一套**统一、可替换、运行时多态的内存资源抽象接口**，目标是解耦容器/算法的内存使用逻辑与底层分配策略，让开发者能灵活切换内存管理方式——比如池分配、栈分配、线程局部缓存、内存跟踪、甚至自定义对齐或受限内存环境下的分配器，而无需修改容器代码。

核心组件：memory_resource 与默认实现

所有多态内存资源都继承自抽象基类 std::pmr::memory_resource，它只定义了两个纯虚函数：

do_allocate(size_t bytes, size_t alignment) —— 分配指定大小和对齐的内存块
do_deallocate(void* p, size_t bytes, size_t alignment) —— 释放对应内存块
另有一个 do_is_equal(const memory_resource& other) const noexcept 用于判断是否为同一资源（决定能否跨资源移动数据）

C++17 提供了几个开箱即用的实现：

std::pmr::new_delete_resource()：底层调用 ::operator new 和 ::operator delete，行为等价于默认全局分配器，是“兜底”选项
std::pmr::null_memory_resource()：故意抛出 std::bad_alloc，用于测试或禁用动态分配的场景
std::pmr::synchronized_pool_resource 和 std::pmr::unsynchronized_pool_resource：基于内存池的实现，自动管理小对象分块，前者线程安全，后者更轻量
std::pmr::monotonic_buffer_resource：单向增长的缓冲区资源（类似栈式分配），不支持单独 deallocate，只支持整体重置（release()）或析构回收

如何使用：从资源到容器

std::pmr 不直接操作原始指针，而是通过 std::pmr::polymorphic_allocator 将资源绑定到标准容器上。这个分配器是模板无关的（类型擦除），构造时传入一个 memory_resource*，之后所有 allocate/deallocate 调用都会转发给该资源。

常见用法有三种：

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显式构造容器：std::pmr::vector<int> vec{&my_pool};</int>
使用 std::pmr::string 等别名（本质是 std::basic_string<char std::char_traits>, std::pmr::polymorphic_allocator<char>></char></char>）
通过 std::pmr::get_default_resource() 设置全局默认资源，之后未显式指定资源的 pmr 容器会自动使用它（注意：仅影响 pmr 类型，不影响 std::vector<int></int> 这类非 pmr 容器）

实用示例：用 monotonic_buffer_resource 做短期批量分配

适合临时构建大量小对象（如解析 JSON 中的节点树），避免频繁系统调用：

#include <memory_resource>
#include <vector>
#include <string>
<p>char buffer[4096];
std::pmr::monotonic_buffer_resource pool{buffer, sizeof(buffer)};
std::pmr::polymorphic_allocator<std::string> alloc{&pool};</p><p>// 所有字符串都从 buffer 中分配，无需逐个释放
std::pmr::vector<std::string> strings{alloc};
strings.emplace_back("hello");
strings.emplace_back("world");
strings.emplace_back("pmr"); // 若 buffer 不足，自动 fallback 到 upstream（默认为 new_delete_resource）</p><p>// 使用完后，调用 pool.release() 可重置 buffer；或让 pool 析构自动清理</p>

注意事项与常见误区

std::pmr::polymorphic_allocator 是 状态化分配器，不能像传统无状态分配器那样随意拷贝赋值而不带资源指针——它内部持有 memory_resource*，拷贝后仍指向同一资源
容器迁移（如 move 构造/赋值）时，若源和目标分配器指向不同资源，C++17 要求检查 is_equal；若返回 false，会逐元素重新分配，性能可能下降
monotonic_buffer_resource 的 upstream 默认是 new_delete_resource，但可自定义（例如链式 fallback 到另一个池），合理设置能提升鲁棒性
pmr 并不解决内存泄漏检测或生命周期管理问题，它只是把“谁来分配/释放”的控制权交给你；资源本身仍需正确管理其生命周期（比如确保 pool 活得比使用它的容器久）