目次

• new演算子
• allocator
• 比較まとめ
• allocatorとmallocの違い

C++において、allocatorとnewはともにメモリ管理に関連していますが、異なる抽象レベルに属し、それぞれ特有の用途と動作特性を持っています。

new演算子

new演算子は、C++で動的メモリ割り当てを行うための高水準なツールです。newを使用すると、割り当てられたメモリを初期化する適切なコンストラクタが呼び出され、新しく生成されたオブジェクトへのポインタが返されます。メモリ割り当てに失敗した場合、newはstd::bad_alloc例外をスローします。

MyClass* obj_ptr = new MyClass(42); // メモリを確保して値42で初期化

newを使用する際、基盤となるメモリ割り当ての詳細を気にする必要はありません。コンパイラとランタイムライブラリがこれらを処理してくれます。このメモリが不要になった際には、delete演算子を使用して解放し、オブジェクトのデストラクタを呼び出すべきです。

delete obj_ptr; // メモリを解放してデストラクタを実行

allocator

allocatorはC++標準ライブラリのテンプレートクラスに含まれるメンバー関数です。初期化されていないメモリブロックを割り当てますが、コンストラクタは呼び出しません。したがって、これは低レベルのメモリ割り当て操作に過ぎません。

std::allocator<double> mem_allocator;
double* uninitialized_block = mem_allocator.allocate(20); // 20個のdoubleサイズの未初期化メモリを確保

allocatorで割り当てたメモリ上でオブジェクトを構築する際は、allocatorのconstructメンバー関数を使用する必要があります。このメモリが不要になった際には、まずdestroyを呼び出してオブジェクトを破棄し、その後deallocateを呼び出してメモリを解放する必要があります。

// 割り当てたメモリ上でオブジェクトを構築
for (size_t idx = 0; idx < 20; ++idx) {
    mem_allocator.construct(uninitialized_block + idx, static_cast<double>(idx * 2));
}

// オブジェクトを破棄してメモリを解放
for (size_t idx = 0; idx < 20; ++idx) {
    mem_allocator.destroy(uninitialized_block + idx);
}
mem_allocator.deallocate(uninitialized_block, 20);

比較まとめ

1. 抽象レベル：newは高レベルな抽象であり、コンストラクタとデストラクタの自動呼び出し、およびメモリ割り当てと解放を処理します。一方、allocatorは低レベルな抽象であり、メモリの割り当てと解放のみを担当し、オブジェクトの構築と破棄には関与しません。
2. 初期化：newは割り当てられたメモリを初期化しますが、allocatorは未初期化のメモリのみを割り当てます。
3. エラー処理：newはメモリ割り当て失敗時に例外をスローしますが、allocatorは失敗時にnullptrを返すことがあります。
4. 使用シナリオ：newは通常のオブジェクト作成に使用され、allocatorはカスタムコンテナの実装やより細かいメモリ管理が必要なシナリオで使用されます。
5. メモリ解放：newで割り当てたメモリはdeleteで解放し、allocatorで割り当てたメモリはまずdestroyを呼び出した後deallocateで解放します。

ほとんどの場合、開発者はnewとdeleteを優先すべきです。これらはより高水準な抽象と優れたエラー処理機構を提供します。より細かいメモリ割り当て制御が必要な場合や、カスタムコンテナの実装など特定のシナリオでは、allocatorおよびそのallocateとdeallocateメソッドを直接使用する必要があります。

allocatorとmallocの違い

allocatorとmallocはともにプログラミングにおけるメモリ割り当て関数ですが、異なるプログラミング言語とライブラリに属し、異なる特徴と用途を持っています。

1. 言語/ライブラリ：
   • allocator：通常はC++のSTL（標準テンプレートライブラリ）で見られ、特にallocatorクラステンプレートと共に使用されます。
   • malloc：C言語標準ライブラリの関数であり、C++にも存在しますが、C++ではより高水準なメモリ管理抽象が提供されているため通常推奨されません。
2. 動作：
   • allocator：型に依存しないアロケータであり、指定された数の未初期化メモリブロックを割り当てます。コンストラクタを呼び出さず、単にメモリを割り当てます。
   • malloc：C言語では、mallocは指定されたサイズの未初期化メモリを割り当て、このメモリ領域へのポインタを返します。このメモリはヒープ経由で割り当てられるため、使用終了後は手動で解放する必要があります。
3. エラー処理：
   • allocator：メモリ割り当てに失敗した場合、allocatorは通常ヌルポインタ（nullptr）を返します。
   • malloc：メモリ割り当てに失敗した場合、mallocもヌルポインタ（NULL）を返します。
4. 初期化：
   • allocator：メモリのみを割り当て、初期化は行いません。
   • malloc：同様にメモリのみを割り当て、初期化は行いません。割り当てられたメモリ領域の内容は不定です。
5. メモリ解放：
   • allocatorで割り当てたメモリは、deallocateを使用して解放します。
   • mallocで割り当てたメモリは、freeを使用して解放します。
6. 互換性：
   • mallocとfreeはC言語標準の一部であるため、Cをサポートするすべてのプラットフォームで利用可能です。
   • allocatorとdeallocateはC++ STLの一部であるため、すべてのプラットフォームで利用可能とは限りません。特に非標準C++ライブラリや組み込みシステムを使用する場合。

C++では、通常newとdelete演算子を使用してメモリの割り当てと解放を行うことを推奨します。これらはコンストラクタとデストラクタの自動呼び出しなどを含む高水準な抽象を提供します。しかし、カスタムコンテナの実装やより細かいメモリ割り当て制御が必要な特定の状況では、allocatorとdeallocate、またはmallocとfreeを直接使用することがあります。