Librería C++ <memory>
Asignadores de memoria
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Antecedentes
Para comprender las
características y utilidad de
los asignadores ("Allocators"), donde afirmábamos que
existen versiones de C++ para prácticamente todas las plataformas hardware y
Sistema Operativo conocidos. Es significativo que las diferentes combinaciones
de máquinas y SOs utilizan distintos modelos de memoria, a pesar de lo cual,
C++ utiliza un modelo único cuyos detalles de implementación están encapsulados
en el compilador, de forma que el usuario no tiene que preocuparse de ellos. Por
ejemplo, la diferencia entre un puntero señalando al elemento enésimo de una
matriz y el que señala al primer elemento es siempre un entero n, con
independencia del modelo de memoria de la máquina utilizada.
En C++ existen dos
mecanismos relacionados con la gestión de memoria: el que se ocupa del manejo
de los objetos automáticos y el que se ocupa de la memoria dinámica. El
primero, que maneja la pila, está inextricablemente unido con el propio lenguaje
(recordemos que C y C++ son lenguajes orientados a la pila) y ha sido descrito
en el apartado. El segundo, que entiende de la asignación
("allocation") de memoria a los objetos persistentes, y su
desasignación o liberación ("free") cuando ya no son necesarios, es
en cierta forma un "añadido" al propio lenguaje, y de hecho, su
interfaz para el programador (como lo utiliza), ha variado a lo largo del
tiempo (se incluyó una descripción al respecto al tratar del operador new
Cuando se diseñó la
STL, y debido precisamente a los distintos modelos de memoria a los que debería
adaptarse, los miembros del Comité ya tenían en mente la previsible dificultad
para implementar la enorme cantidad de código que constituía la nueva librería
. Con el fin de facilitar su implementación en los distintos compiladores (uno
de los objetivos preferentes del Comité de Estandarización C++ es facilitar la
portabilidad del lenguaje a las diversas plataformas), los puntos en que se
hacía referencia al manejo de memoria se redujeron al mínimo, concentrándolos
en una clase que se encargaría de asignar y desasignar memoria para todos los
demás algoritmos que lo precisaran. El resultado es que los objetos de esta
clase (allocators) permiten desvinculan la STL de los aspectos relativos al
modelo de memoria utilizado por cada máquina concreta.
2 Asignadores
2 Asignadores
Habida cuenta que
la misión principal de los contenedores es el almacenamiento de objetos,
resulta natural que entre sus funciones más importantes, se encuentre la
gestión del espacio necesario para albergarlos. Esta gestión no se limita a
asignar y liberar el espacio necesario para sus miembros. En ocasiones también
debe gestionar espacio para la estructura de índices que mantiene el orden de
la secuencia. Por ejemplo, cuando añadimos miembros a un contenedor
tipo vector , este se redimensiona automáticamente conforme se van
añadiendo nuevos elementos. Análogamente, cuando añadimos nuevos elementos
a un map este acomodo afecta a los nuevos elementos y a las
claves asociadas que constituyen su sistema de índice.
Como se ha dicho,
todas las entidades de la STL que precisan de memoria dinámica lo hacen a
través de los "servicios" de una clase "asignadora" que es
utilizada como argumento (recuerde que las entidades de la STL son plantillas
que aceptan distintos parámetros). Debido a que además de portable, la STL es
extensible, existe libertad para que el usuario implemente su propio asignador
de memoria aunque la STL proporciona un gestor por defecto, la
clase allocator, que implementa la funcionalidad requerida mediante la
utilización de los operadores
estándar new y delete . En caso de no indicarse otro
explícitamente, se utiliza este asignador por defecto, que suele ser suficiente
en la mayoría de los casos. El resultado es que el usuario puede despreocuparse
de la cuestión, y que los asignadores son ráramente utilizados de forma
explícita. Por ejemplo, la definición del contenedor vector es del siguiente
tenor:
Desde la perspectiva del usuario de un
contenedor estándar, el manejo de memoria es realizado automáticamente mediante
el parámetro de moldeo. Por ejemplo, para definir una lista de enteros myList utilizando el asignador por
defecto, puede utilizarse el parámetro <int> y escribir:
En la declaración del contenedor también puede proporcionarse un asignador específico mediante un segundo parámetro de moldeo. Por ejemplo, para utilizar en la lista anterior un asignador propio denominado fastAllocator, que suponemos está pensado para tipos int, y definido en el fichero de cabecera <fastAllocator.h>, utilizaríamos la definición siguiente:
También podría utilizarse el asignador
por defecto de forma explícita:
Como puede verse, cuando se instancia una especialización concreta de un contenedor genérico, debe especificarse el tipo de miembro que alojará en el contenedor y el asignador de memoria que utilizara. Posteriormente, cuando se instancie un objeto del tipo myList, se especifica el objeto-asignador que utilizará el contenedor:
Debemos observar que en el diseño actual
de la STL, los asignadores son clases genéricas (plantillas), y que una instancia
de dicha plantilla asigna memoria para objetos de un tipo específico T. En
consecuencia, cuando proporcionamos un allocator específico a un contenedor, su
tipo debe coincidir con el de los miembros del contenedor.
A este respecto señalemos que el Estándar
establece que condiciones debe cumplir una clase M para que pueda ser
considerada un allocator y utilizada por las entidades de la STL que lo
necesiten. En concreto establece que debe tener ciertas propiedades cuyos
nombres y significados están determinados, así como ciertos métodos cuyos
nombres y comportamiento están igualmente especificados. Entre ellos podríamos
destacar los siguientes:
| Expresión | Valor devuelto | Comentario |
| M::pointer | Puntero a tipo T. | |
| M::size_type | Entero sin signo | Un tipo que puede representar el tamaño del mayor objeto en el modelo de memoria utilizado. |
| M::difference_type | Entero con signo | Tipo que puede representar la diferencia entre dos punteros cualesquiera en el modelo de memoria utilizado. |
a.allocate(n)
a.allocate(n,u)
| M::pointer | Asigna memoria para n objetos de tipo T (sin que los objetos sean construidos). En caso de fallo debe lanzar una excepción. |
| a.deallocate(p,n) | Desasigna la memoria para n objetos a partir de la dirección señalada por el puntero p. La memoria debe haber sido asignada previamente con allocate(), y los objetos contenidos en ella haber sido destruidos previamente. | |
| a1 == a2 | bool | La clase M debe terner definido el método operator== de forma que devuelvatrue si el almacenamiento asignado desde uno puede ser desasignado desde el otro. |
| a1 != a2 | bool | Equivalente a: !(a1 == a2) |
En el cuadro de
condiciones anterior se observa que los asignadores no crean
los objetos. Se limitan a asignar memoria al más puro estilo de las funciones
de librería clásica calloc()
y malloc().
Lo que realmente caracteriza a esta clase son los métodosallocate() y deallocate() que, en
cierta forma, representan la contrapartida de las funciones malloc() y free() de la librería
clásica.
La STL incluye
también algunos algoritmos para manipular la memoria no inicializada.
El funcionamiento del
sistema se basa en que cada vez que es creado un contenedor que necesita manejo
de memoria, recibe un asignador. De esta forma, cada vez que el contenedor
necesita asignar o rehusar memoria no necesita conocer ningún detalle sobre el
modelo de memoria
3 El manejador por defecto
Las definiciones de los asignadores de la STL están en el espacio de
nombres std y se encuentran agrupadas en la cabecera <memory>. La STL proporciona un manejador por defecto
denominado allocator. Esta clase es en
realidad una plantilla que puede instanciarse para manejar cualquier tipo.
Responde a la siguiente interfaz:de la máquina, ya que utiliza el asignador
para estos menesteres.
Por supuesto que la clase satisface las
premisas indicadas por el Estándar para ser un allocator por lo que es un asignador
estándar. También se proporciona una instanciación para el tipo void que
responde a la siguiente interfaz:
4 Los elementos de memoria
4.1 Los asignadores
- asignador
- Por defecto asignador (plantilla de clase)
- allocator_arg
- Arg asignador (objeto)
- allocator_arg_t
- Tipo arg asignador (clase)
- allocator_traits
- Rasgos asignador (plantilla de clase)
4.2 Punteros administrados
- auto_ptr
- Puntero automático [obsoleta] (plantilla de clase)
- auto_ptr_ref
- Referencia a puntero automática (plantilla de clase)
- shared_ptr
- Puntero compartido (plantilla de clase)
- weak_ptr
- Puntero compartido Débil (plantilla de clase)
- unique_ptr
- Puntero único (plantilla de clase)
- default_delete
- Por defecto deleter (plantilla de clase)
- make_shared
- Hacer shared_ptr (plantilla de función)
- allocate_shared
- Asignar shared_ptr (plantilla de función)
- static_pointer_cast
- Fundición estática de shared_ptr (plantilla de función)
- dynamic_pointer_cast
- Elenco dinámico de shared_ptr (plantilla de función)
- const_pointer_cast
- Elenco Const de shared_ptr (plantilla de función)
- get_deleter
- Obtener deleter de shared_ptr (plantilla de función)
- owner_less
- Menos-que la operación basada Propietario (plantilla de clase)
- enable_shared_from_this
- Habilitar shared_from_this (plantilla de clase)
4.3 Memoria sin inicializar
Raw iterador de almacenamiento :
- raw_storage_iterator
- Iterador almacenamiento Raw (plantilla de clase)
- get_temporary_buffer
- Obtener el bloque de memoria temporal (plantilla de función)
- return_temporary_buffer
- El retorno del bloque de memoria temporal (plantilla de función)
- uninitialized_copy
- Copiar bloque de memoria (plantilla de función)
- uninitialized_copy_n
- Copiar bloque de memoria (plantilla de función)
- uninitialized_fill
- Rellene bloque de memoria (plantilla de función)
- uninitialized_fill_n
- Rellene bloque de memoria (plantilla de función)
4.4 Modelo de memoria
- pointer_traits
- Rasgos Pointer (plantilla de clase)
- pointer_safety
- Enum seguridad Pointer (clase enum)
- declare_reachable
- Declarar puntero como alcanzable (función)
- undeclare_reachable
- Puntero Undeclare como alcanzable (plantilla de función)
- declare_no_pointers
- Declarar bloque de memoria como que no contiene punteros (función)
- undeclare_no_pointers
- Bloque de memoria Undeclare como que no contiene punteros (función)
- get_pointer_safety
- Obtenga seguridad puntero (función)
- alinear
- Alinear en la gama (función)
- AddressOf
- Dirección de objeto o función (plantilla de función)
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