std::pmr::unordered_map结合自定义分配器构建树结构的问题咨询

我想为std::pmr::unordered_map使用自定义分配器，让元素和链式结构都通过该分配器分配，但构建树状数据结构时遇到了问题。

给出的代码如下：

#include <unordered_map>

class A {
public:
    using allocator_type = Mallocator; // 请勿删除，用于为类启用作用域分配

    using NodeMap = std::pmr::unordered_map<std::size_t, A>;

    NodeMap nodes_ = {};
};

这段代码在Windows MSVC编译器下可以编译通过，但在Linux GCC编译器中失败——GCC正确拒绝了代码，因为类A是不完全类型却被用于NodeMap。

我的第一想法是在map中改用std::unique_ptr，即using NodeMap = std::pmr::unordered_map<std::size_t, std::unique_ptr<A>>;，但担心unique_ptr及其指向的A对象都会在自定义分配器之外分配。请问是否存在PMR版本的std::unique_ptr？请提供替代方案。

补充信息：

• 最新版本编译器不会触发该报错
• GCC 11的错误输出：

pt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/stl_pair.h: In instantiation of ‘struct std::pair’:
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/ext/aligned_buffer.h:91:28: required from ‘struct __gnu_cxx::__aligned_buffer<pair<const long unsigned int, A> >’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable_policy.h:234:43: required from ‘struct std::__detail::_Hash_node_value_base<pair<const long unsigned int, A> >’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable_policy.h:268:12: required from ‘struct std::__detail::_Hash_node_value<pair<const long unsigned int, A>, false>’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable_policy.h:277:12: required from ‘struct std::__detail::_Hash_node<pair<const long unsigned int, A>, false>’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable_policy.h:1812:13: required from ‘struct std::__detail::_Hashtable_alloc<std::pmr::polymorphic_allocator<std::__detail::_Hash_node<pair<const long unsigned int, A>, false> > >’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable_policy.h:811:13: required from ‘struct std::__detail::_Insert_base<long unsigned int, pair<const long unsigned int, A>, std::pmr::polymorphic_allocator<pair<const long unsigned int, A> >, std::__detail::_Select1st, std::equal_to<long unsigned int>, std::hash<long unsigned int>, std::__detail::_Mod_range_hashing, std::__detail::_Default_ranged_hash, std::__detail::_Prime_rehash_policy, std::__detail::_Hashtable_traits<false, false, true> >’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable_policy.h:1004:12: required from ‘struct std::__detail::_Insert<long unsigned int, pair<const long unsigned int, A>, std::pmr::polymorphic_allocator<pair<const long unsigned int, A> >, std::__detail::_Select1st, std::equal_to<long unsigned int>, std::hash<long unsigned int>, std::__detail::_Mod_range_hashing, std::__detail::_Default_ranged_hash, std::__detail::_Prime_rehash_policy, std::__detail::_Hashtable_traits<false, false, true>, false>’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/hashtable.h:180:11: required from ‘class std::_Hashtable<long unsigned int, pair<const long unsigned int, A>, std::pmr::polymorphic_allocator<pair<const long unsigned int, A> >, std::__detail::_Select1st, std::equal_to<long unsigned int>, std::hash<long unsigned int>, std::__detail::_Mod_range_hashing, std::__detail::_Default_ranged_hash, std::__detail::_Prime_rehash_policy, std::__detail::_Hashtable_traits<false, false, true> >’
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/unordered_map.h:105:18: required from ‘class std::unordered_map<long unsigned int, A, std::hash<long unsigned int>, std::equal_to<long unsigned int>, std::pmr::polymorphic_allocator<pair<const long unsigned int, A> > >’
fileA.cpp:121:20: required from here
/opt/rh/gcc-toolset-11/root/usr/include/c++/11/bits/stl_pair.h:218:11: error: ‘std::pair<_T1, _T2>::second’ has incomplete type

1. 解决不完全类型的直接办法 #

C++标准中，容器实例化时原本要求元素类型是完全类型，但GCC 12+和MSVC对std::pmr::unordered_map放宽了限制——因为PMR分配器的设计允许延迟分配，不需要在容器实例化时确定元素大小。如果可以升级到GCC 12及以上版本，原代码可以直接编译通过。

2. 结合智能指针与PMR分配器的替代方案 #

不存在专门的PMR版本std::unique_ptr，但可以通过自定义删除器+PMR分配器，确保A对象的内存完全由指定分配器管理：

#include <unordered_map>
#include <memory>
#include <memory_resource>

class A;

// 自定义删除器，绑定PMR分配器用于内存释放
struct PMRDeleter {
    std::pmr::polymorphic_allocator<A> alloc;

    void operator()(A* ptr) const {
        if (ptr) {
            alloc.destroy(ptr);
            alloc.deallocate(ptr, 1);
        }
    }
};

using PMRUniquePtr = std::unique_ptr<A, PMRDeleter>;

class A {
public:
    using allocator_type = std::pmr::polymorphic_allocator<A>;

    using NodeMap = std::pmr::unordered_map<std::size_t, PMRUniquePtr>;

    NodeMap nodes_;

    // 用指定分配器创建A实例的静态方法
    static PMRUniquePtr create(allocator_type alloc) {
        A* ptr = alloc.allocate(1);
        try {
            alloc.construct(ptr);
            return PMRUniquePtr(ptr, PMRDeleter{alloc});
        } catch (...) {
            alloc.deallocate(ptr, 1);
            throw;
        }
    }
};

这个方案中：

• NodeMap的所有内部结构（哈希表节点、链式结构）由PMR分配器管理
• A对象的内存分配、构造、销毁、释放全由指定的PMR分配器完成
• 自定义删除器会绑定对应的分配器，确保释放逻辑和分配逻辑一致

3. 其他可选方案 #

如果无法升级编译器且不想用智能指针，可以将NodeMap的定义延迟到A完全类型之后，比如用指针间接持有容器，但这种方式会增加代码复杂度，不推荐作为首选。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者User 10482