C++ Std::pmr::monotonic_buffer_resource

在本文中，我们将通过其语法、参数、示例和特性来讨论 C++ 中的 **std::pmr::monotonic_buffer_resource**。

引言

C++ 中的 **std::pmr::monotonic_buffer_resource** 是 C++ 标准库对多态内存资源支持的一部分，于 C++17 引入。它提供了一种专门的内存资源，可以有效地从预先分配的缓冲区（称为单调缓冲区）管理内存分配。此资源在需要严格控制动态内存分配的场景中特别有用，例如嵌入式系统或实时应用程序。

std::pmr::monotonic_buffer_resource 的一个关键优势在于它能够从固定大小的缓冲区中顺序分配内存，避免了一般内存分配策略相关的开销。这使其适用于需要确定性内存使用模式或需要最小化内存碎片化的应用程序。

从使用角度来看，**std::pmr::monotonic_buffer_resource** 被设计成灵活且可定制的。开发人员可以在构造时指定底层缓冲区的尺寸和对齐要求。此外，它可以与其他多态内存资源（如 std::pmr::pool_resource）结合使用，以创建更复杂的内存管理策略，以适应特定的应用程序需求。

总而言之，std::pmr::monotonic_buffer_resource 为程序员提供了一个强大的内存管理工具，尤其是在执行时间和确定性分配行为至关重要的场景中。它被包含在基础库中，证明了 C++ 在提供可靠且多功能的内存管理功能方面的承诺，这些功能与各种应用程序环境兼容。

语法

它具有以下语法：

说明

1. 头文件包含： 使用 C++ 标准库的多态内存资源 (std::pmr) 需要 #include <memory_resource>。
2. 缓冲区定义： 我们定义了一个指定大小（buffer_size）的 std::byte 类型缓冲区（buffer）。此缓冲区将由 std::pmr::monotonic_buffer_resource 用于内存分配。
3. 资源初始化： std::pmr::monotonic_buffer_resource 使用缓冲区及其大小进行初始化。此构造函数将资源绑定到提供的缓冲区，确保所有分配和释放操作都在此固定内存空间内进行。
4. 内存分配： memory_resource.allocate(sizeof(int), alignof(int)) 函数演示了如何从 monotonic_buffer_resource 请求内存。在这里，它以正确的对齐方式为 int 分配内存。
5. 内存释放： memory_resource.deallocate(ptr, sizeof(int), alignof(int)) 函数展示了在内存不再需要时如何将内存释放回资源。

std::pmr::monotonic_buffer_resource 的关键点

• std::pmr::monotonic_buffer_resource 使用预先存在的缓冲区（buffer）及其大小（buffer_size）进行初始化。
• 它支持从提供的缓冲区进行高效的顺序内存分配，减少了与频繁堆分配相关的开销。
• 内存分配使用 allocate() 进行，释放使用 deallocate() 进行，两者都考虑了分配内存的大小和对齐要求。

示例

让我们通过一个示例来说明 C++ 中 **std::pmr::monotonic_buffer_resource** 函数。

输出

 
Vector elements: 10 20 30   

说明

1. 头文件： 这些包含 monotonic_buffer_resource、vector 和 memory_resource 所需的头文件。
2. 缓冲区： 创建一个指定大小（buffer_size）的固定大小缓冲区（buffer）。此缓冲区将由 monotonic_buffer_resource 用于内存分配。
3. 资源创建： 它创建一个名为 pool 的 monotonic_buffer_resource，将 buffer 和 buffer_size 作为参数传递。它设置资源以管理缓冲区内的内存分配。
4. 自定义分配器： 创建一个 std::pmr::vector<int> (vec)，并将 &pool 作为自定义内存资源分配器传递。此向量将使用 pool 进行内存分配。
5. 向量操作： 对向量（push_back）执行操作，该向量内部使用 pool 进行内存分配。
6. 输出： 打印存储在向量中的元素。

关键点

• **std::pmr::monotonic_buffer_resource** 专为我们需要从预分配的缓冲区（本例中为 buffer）分配内存的场景而设计。在需要确定性或有界内存分配行为的情况下，它可能很有用。
• 通过将 monotonic_buffer_resource 传递给 std::pmr::vector 等容器，我们确保该容器的所有内存分配都发生在指定缓冲区内，从而避免了动态分配开销和潜在的碎片化。
• 调整 buffer_size 以适应我们特定的应用程序内存需求。我们确保它足够大，能够容纳使用 monotonic_buffer_resource 分配的对象的最大内存需求。

此示例演示了 std::pmr::monotonic_buffer_resource 在 C++ 中的基本用法。根据我们特定的用例，我们可能需要相应地调整缓冲区大小和使用模式。

C++ 中 std::pmr::monotonic_buffer_resource 的复杂性围绕着它的目的及其在预定义缓冲区内管理内存分配的实际应用。让我们详细探讨其复杂性和注意事项。

目的和功能

**std::pmr::monotonic_buffer_resource** 是 C++17 标准库的多态内存资源框架的一部分。它的主要功能是提供一个在固定大小的缓冲区内管理分配的内存资源。此缓冲区通常由用户分配，并在其初始化期间传递给 monotonic_buffer_resource 实例。

std::pmr::monotonic_buffer_resource 函数的关键特性

1. 固定大小缓冲区： 用户定义缓冲区的大小（buffer_size），并在创建 monotonic_buffer_resource 时提供。通过此资源进行的所有内存分配都限于此固定大小的缓冲区。此特性确保内存分配是有界的且确定性的，从而避免了动态内存分配相关的潜在开销和碎片化。
2. 单调分配： “单调”一词意味着缓冲区内分配的内存会随着时间推移而增加，而不会被回收或释放。实际上，这意味着对于顺序或可预测地分配对象的场景，内存分配非常高效。然而，默认情况下，标准 API 不支持从该缓冲区释放内存，这限制了它在需要释放或回收内存的场景中的适用性。
3. 可定制的分配行为： 虽然主要用例是从固定缓冲区分配内存，但 monotonic_buffer_resource 可以使用其他内存资源适配器（std::pmr::polymorphic_allocator）进行定制，以提供更灵活的分配策略。它允许应用程序在不大量更改底层分配逻辑的情况下，在不同的内存资源行为之间切换。

实际考虑

• 性能： **monotonic_buffer_resource 专为需要可预测且高效内存分配的场景而设计。通过避免动态分配开销和碎片化，它可以提高资源受限环境或实时系统的性能。
• 局限性： 主要的局限性在于一旦分配，就无法在缓冲区内释放内存。这限制了它在需要动态调整分配大小或内存回收的场景中的使用。此外，必须谨慎确保缓冲区大小（buffer_size）的选择适当，以容纳所有潜在的分配，而不会溢出或造成过度的内存浪费。
• 使用场景： monotonic_buffer_resource 在嵌入式系统、实时应用程序或需要精确控制内存使用和分配性能的专用算法中特别有用。它允许开发人员在不依赖通用堆分配器的情况下高效地管理内存。

结论

总而言之，C++ 中的 **std::pmr::monotonic_buffer_resource** 提供了一种高效内存管理的强大机制，特别是在有界内存区域内发生重复分配和释放的场景中。通过利用单调缓冲区，它通过最小化与传统动态内存分配策略相关的开销来优化性能。此资源适配器与 C++17 引入的多态内存资源的更广泛原则非常吻合，在不牺牲性能的情况下提供了灵活性和对内存分配行为的控制。

开发人员可以有效地利用 std::pmr::monotonic_buffer_resource 来定制内存管理策略以满足特定的应用程序需求，平衡资源效率与易用性。它集成到 C++ 标准库中，表明了在现代软件开发实践中增强性能和灵活性的承诺。因此，它代表了 C++ 程序员工具集中的一项重大进步，特别是那些旨在优化资源受限环境或高性能应用程序中内存使用的程序员。

总的来说，std::pmr::monotonic_buffer_resource 函数作为实现高效内存分配和释放模式的关键组成部分，有助于构建更健壮、更可扩展的 C++ 代码库。