VS2017使用plalloc分配器搭配Microsoft STL std::map调试报错问题

我在VS2017环境下尝试将plalloc分配器与std::map配合使用，调试模式下触发断言失败，以下是精简后的最小可复现代码：

#include "plalloc.hpp"
#include <map>

typedef unsigned char uchar;

struct my_info_t
{
  int src, dst;
  char type;
  bool operator <(const my_info_t &r) const
  {
    if ( src < r.src )
      return true;
    if ( src > r.src )
      return false;
    return dst < r.dst;
  }
};

typedef plalloc<std::pair<const my_info_t, uchar> > xcache_alloc;
typedef std::map<my_info_t, uchar, std::less<my_info_t>, xcache_alloc> my_cache_t;


int main()
{
 my_cache_t xc;
 my_info_t xi = {1, 2, 3};
 xc[xi] =42;
}

原始代码在<xtree>的如下位置触发中断：

#if _ITERATOR_DEBUG_LEVEL == 2
        _STL_VERIFY(_Where._Getcont() == _STD addressof(_My_data), "map/set insert iterator outside range");
 #endif /* _ITERATOR_DEBUG_LEVEL == 2 */

精简示例则在_Iterator_base12::_Adopt()中触发已释放指针访问错误：

void _Adopt(const _Container_base12 *_Parent) noexcept
        {   // adopt this iterator by parent
        if (_Parent == nullptr)
            {   // no future parent, just disown current parent
 #if _ITERATOR_DEBUG_LEVEL == 2
            _Lockit _Lock(_LOCK_DEBUG);
            _Orphan_me();
 #endif /* _ITERATOR_DEBUG_LEVEL == 2 */
            }
        else
            {   // have a parent, do adoption
            _Container_proxy *_Parent_proxy = _Parent->_Myproxy; // <== **** CRASH HERE

此处_Parent值为0xdddddddd，说明指向的内存已被释放，完整栈追踪如下：

>   Project1.exe!std::_Iterator_base12::_Adopt(const std::_Container_base12 * _Parent=0xdddddddd) Line 157  C++
    Project1.exe!std::_Iterator_base12::operator=(const std::_Iterator_base12 & _Right={...}) Line 135  C++
    Project1.exe!std::_Iterator_base12::_Iterator_base12(const std::_Iterator_base12 & _Right={...}) Line 116   C++
    Project1.exe!std::_Tree_unchecked_const_iterator<std::_Tree_val<std::_Tree_simple_types<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > >,std::_Iterator_base12>::_Tree_unchecked_const_iterator<std::_Tree_val<std::_Tree_simple_types<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > >,std::_Iterator_base12>(const std::_Tree_unchecked_const_iterator<std::_Tree_val<std::_Tree_simple_types<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > >,std::_Iterator_base12> & __that={...})  C++
    Project1.exe!std::_Tree_const_iterator<std::_Tree_val<std::_Tree_simple_types<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > > >::_Tree_const_iterator<std::_Tree_val<std::_Tree_simple_types<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > > >(const std::_Tree_const_iterator<std::_Tree_val<std::_Tree_simple_types<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > > > & __that={...})   C++
    Project1.exe!std::map<my_info_t,unsigned char,std::less<my_info_t>,plalloc<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > >::_Try_emplace<my_info_t const &>(const my_info_t & _Keyval={...}) Line 232 C++
    Project1.exe!std::map<my_info_t,unsigned char,std::less<my_info_t>,plalloc<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > >::try_emplace<>(const my_info_t & _Keyval={...}) Line 248   C++
    Project1.exe!std::map<my_info_t,unsigned char,std::less<my_info_t>,plalloc<std::pair<my_info_t const ,unsigned char> > >::operator[](const my_info_t & _Keyval={...}) Line 363  C++
    Project1.exe!main() Line 29 C++

Dinkumware的STL实现逻辑比较晦涩，尤其是代理分配器相关机制，很难定位问题根因，请问这个故障是出自plalloc分配器本身、我的使用方式，还是Microsoft STL的实现问题？

• 故障根因是plalloc分配器本身不兼容MSVC调试模式的STL实现，既不是使用方式错误，也不是MSVC STL的bug。
  1. MSVC默认调试模式下_ITERATOR_DEBUG_LEVEL=2，所有STL容器都会额外分配一个_Container_proxy内部结构，用于跟踪关联迭代器、检测迭代器悬垂/越界问题。这个结构的内存需要通过对用户传入的分配器执行rebind<_Container_proxy>得到新分配器实例后分配。
  2. plalloc是为单类型固定大小节点设计的专用有状态分配器，核心逻辑依赖固定大小的内存块自由链表，没有正确实现分配器的rebind语义：当被rebind到其他类型（比如远小于你定义的pair大小的_Container_proxy）时，分配的内存大小不足、或者释放逻辑错乱，导致容器的proxy结构被提前释放，后续迭代器访问时就命中了调试模式下标记已释放内存的0xdddddddd地址。
• 可选解决方案：
  1. 临时规避：在项目调试配置的预处理器定义中添加_ITERATOR_DEBUG_LEVEL=0，关闭迭代器调试功能，重新编译即可正常运行，但会丢失调试模式下的迭代器错误检测能力。
  2. 根因修复：修改plalloc的实现，对rebind到非原始类型的分配/释放请求，直接转发给全局operator new/delete处理，不走plalloc自身的自由链表逻辑；或者改用已经兼容MSVC平台特性的固定大小分配器即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Igor Skochinsky