如何在容器中存储（空）分配器且不占用额外内存？

我实现了一个支持分配器的容器，要求分配器有状态（比如polymorphic allocator）时存储它，空分配器不占用内存。我原本以为用空基类优化（EBO）就能做到，但尝试后没成功：

我的代码：

#include <cstdio>
#include <memory>
#include <memory_resource>
#include <iostream>

template <typename T, typename Allocator>
struct MyContainerBase {
    Allocator allocator;
};

template <typename T, typename Allocator = std::allocator<T>>
struct MyContainer : private MyContainerBase<T, Allocator>
{
    using base_ = MyContainerBase<T, Allocator>;

    T myint_;
};

int main() {
    MyContainer<int> c;

    std::cout << "size = " << sizeof(MyContainer<int>) << std::endl;
}

运行结果：

size = 8

我查看了libc和libstdc的vector实现，找不到分配器的存储位置，但它们却能正常使用pmr分配器。请问该如何实现这种机制？另外，我需要持有分配器对象引用，配合std::allocator_traits<Allocator>(myalloc);使用。

1. 为什么你的EBO没生效？ #

你的MyContainerBase里直接存储了Allocator成员，即使Allocator是空类型，包含空成员的类本身不是空类（C++标准要求任何非空类的大小至少为1）。所以MyContainerBase<std::allocator<int>>的大小是1，加上int myint_（4字节）后，因内存对齐要求，最终容器大小被对齐到8字节，这就是你看到结果为8的原因。

2. 正确实现EBO的方式：直接继承分配器 #

标准库容器（比如vector）的核心做法是直接将分配器作为基类，而非用包含分配器成员的中间类。这样当分配器是空类型时，EBO会自动生效，基类不会占用额外内存。

修改后的代码示例：

#include <cstdio>
#include <memory>
#include <memory_resource>
#include <iostream>

template <typename T, typename Allocator = std::allocator<T>>
struct MyContainer : private Allocator
{
    using allocator_type = Allocator;

    T myint_;

    // 获取分配器引用，用于配合allocator_traits使用
    allocator_type& get_allocator() noexcept {
        return static_cast<allocator_type&>(*this);
    }

    const allocator_type& get_allocator() const noexcept {
        return static_cast<const allocator_type&>(*this);
    }

    // 构造函数示例：支持传递分配器
    MyContainer(const allocator_type& alloc = allocator_type())
        : Allocator(alloc), myint_(0) {}
};

int main() {
    MyContainer<int> c;
    std::cout << "size = " << sizeof(MyContainer<int>) << std::endl; // x86-64下输出4，仅int的大小

    // 测试有状态分配器
    std::pmr::monotonic_buffer_resource mbr;
    MyContainer<int, std::pmr::polymorphic_allocator<int>> c_pmr{&mbr};
    std::cout << "size with pmr allocator = " << sizeof(c_pmr) << std::endl; // 输出8，包含指针大小
}

3. 关键细节说明 #

• 直接继承分配器：空分配器作为基类时，EBO会让它不占用额外内存，容器大小等于T的大小（加上对齐要求）；有状态分配器则会正常占用对应内存。
• 获取分配器引用：通过static_cast将*this转换为分配器类型的引用，即可配合std::allocator_traits操作，示例：

  auto& alloc = c.get_allocator();
  using traits = std::allocator_traits<decltype(alloc)>;
  // 用traits调用分配器的allocate/deallocate等方法
  

4. 进阶：处理不可继承的分配器 #

如果遇到不允许继承的分配器（标准分配器均支持继承，此为极端情况），可使用C++20引入的std::empty_value_t封装分配器，自动应用EBO：

#include <utility> // 引入std::empty_value_t

template <typename T, typename Allocator = std::allocator<T>>
struct MyContainer {
    using allocator_type = Allocator;

    std::empty_value_t<Allocator> alloc_;
    T myint_;

    allocator_type& get_allocator() noexcept {
        return std::empty_value_access::get(alloc_);
    }

    const allocator_type& get_allocator() const noexcept {
        return std::empty_value_access::get(alloc_);
    }
};

std::empty_value_t会自动对空类型应用EBO，对非空类型正常存储，无需手动继承。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者glades