如何阻止std::pmr分配器向嵌套类型自动传播？

问题描述 #

需要创建一个包含其他PMR类型的PMR容器，但不希望内部类型使用与容器相同的分配器（内部类型需使用带有不同分配策略的内存资源），编写了如下代码：

#include <vector>
#include <string>
#include <memory_resource>

int main()
{
    std::pmr::polymorphic_allocator alloc_1;
    std::pmr::polymorphic_allocator alloc_2;
    
    std::pmr::vector<std::pmr::string> vec(alloc_1);

    vec.emplace_back("test1 this is a long string", alloc_2);
    vec.emplace_back("test2 this is a long string", alloc_2);
    
    return 0;
}

编译时出现错误：

/usr/include/c++/9/memory:212:22: error: static assertion failed: construction with an allocator must be possible if uses_allocator is true
  212 |        static_assert(is_constructible_v<_Tp, _Args..., const _Alloc&>,
      |                      ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

推测问题在于PMR分配器会自动将自身传播给容器元素的构造函数，导致调用std::pmr::string构造函数时传入了额外的分配器参数，使用C++20标准，询问是否有办法阻止PMR分配器向容器元素构造函数传播自身，或是否误解了错误。

问题原因 #

你的推测完全正确。std::pmr::vector作为PMR容器，其使用的std::pmr::polymorphic_allocator会触发分配器自动传播机制：当调用emplace_back在容器内直接构造元素时，容器会自动将自身的分配器（alloc_1）追加到你传入的参数列表末尾。

这就导致实际尝试构造std::pmr::string的参数是：("test1...", alloc_2, alloc_1)，而std::pmr::string没有接受字符串、两个分配器的构造函数，因此触发了静态断言错误，检查是否能用这些参数构造元素。

解决方案 #

有两种简单有效的方法解决这个问题：

方法1：先构造元素再插入（push_back） #

先使用目标分配器构造好std::pmr::string对象，再通过push_back（或移动插入）添加到容器。这种方式不会触发容器分配器的传播，因为元素已经构造完成：

#include <vector>
#include <string>
#include <memory_resource>

int main()
{
    std::pmr::polymorphic_allocator alloc_1;
    std::pmr::polymorphic_allocator alloc_2;
    
    std::pmr::vector<std::pmr::string> vec(alloc_1);

    // 先构造好使用alloc_2的string，再移动插入容器
    std::pmr::string s1("test1 this is a long string", alloc_2);
    vec.push_back(std::move(s1));
    
    std::pmr::string s2("test2 this is a long string", alloc_2);
    vec.push_back(std::move(s2));
    
    return 0;
}

方法2：使用std::piecewise_construct显式控制构造参数 #

通过std::piecewise_construct和tuple包装构造参数，让容器无法自动追加分配器参数。这种方式可以在容器内直接构造元素，避免额外的移动操作：

#include <vector>
#include <string>
#include <memory_resource>
#include <tuple>

int main()
{
    std::pmr::polymorphic_allocator alloc_1;
    std::pmr::polymorphic_allocator alloc_2;
    
    std::pmr::vector<std::pmr::string> vec(alloc_1);

    // 用piecewise_construct包装构造参数，阻止容器追加自身分配器
    vec.emplace_back(std::piecewise_construct,
                     std::make_tuple("test1 this is a long string"),
                     std::make_tuple(alloc_2));
                     
    vec.emplace_back(std::piecewise_construct,
                     std::make_tuple("test2 this is a long string"),
                     std::make_tuple(alloc_2));
    
    return 0;
}

补充说明 #

如果想彻底避免容器分配器的自动传播，也可以自定义一个包装分配器，让std::uses_allocator对目标元素类型返回false，但这种方式需要额外的模板代码，不如上面两种方法直接高效。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者sycc90