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2013/06/22 Boost.勉強会 #12 大阪 発表時のままの版.
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Allocators@C++11
1.
1 2013/06/22 Cryolite Boost.勉強会 #12
⼤阪 Allocators@C++11
2.
2 2013/06/22 Cryolite Boost.勉強会 #12
⼤阪 Allocators@C++03
3.
Q. アロケータとは何か? A. メモリ割り当てを カスタマイズする仕掛け 3
4.
Q. アロケータとは何か? A. メモリ割り当てを カスタマイズする仕掛け 4
5.
アロケータのメンバって (de)?allocate だけですか? 5 • pointer
– 割り当てたメモリを指すポ インタ型 • allocate – メモリを割り当てる • deallocate – メモリを開放する • construct – オブジェクトを構築する • destroy – オブジェクトを破壊する • .....
6.
アロケータのメンバって (de)?allocate だけですか? 6 • pointer
– 割り当てたメモリを指すポ インタ型 • allocate – メモリを割り当てる • deallocate – メモリを開放する • construct – オブジェクトを構築する • destroy – オブジェクトを破壊する • ..... メモリの割り当て・解放以外もできる!
7.
今⽇⾔いに来たこと 7 (de)?allocate をカスタ マイズしたら終わり,とい うそのふざけた幻想※をぶ ち壊しにきました. ※インターネッツを利⽤した当社独⾃の調査による
8.
C++03 のアロケータは あんまり使えない 8
9.
C++03 のアロケータは あんまり使えない あんまり使えない理由: • オブジェクト毎の状態を持てない 9
10.
C++03 のアロケータは あんまり使えない あんまり使えない理由: • オブジェクト毎の状態を持てない ≒⾮静的データメンバを持てない 10
11.
C++03 のアロケータは あんまり使えない あんまり使えない理由: • オブジェクト毎の状態を持てない ≒⾮静的データメンバを持てない •
オブジェクト毎の状態を持てない ≒⾮静的データメンバを持てない 11
12.
C++03 のアロケータは あんまり使えない あんまり使えない理由: • オブジェクト毎の状態を持てない ≒⾮静的データメンバを持てない •
オブジェクト毎の状態を持てない ≒⾮静的データメンバを持てない • オブジェクト毎の状態を持てない ≒⾮静的データメンバを持てない 12
13.
なぜオブジェクト毎の状態を持てな いような制限が C++03 のアロケー タに対してあるのか? 重要な制約 あるアロケータの値で
allocate されたメモリは,同じアロケー タの値で deallocate しないとい けない. 13
14.
アロケータと コンテナの swap の関係 14 pointer p_; allocator_type
a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge> vector<Hoge> 各々の a_ は各々の p_ が 指している領域を解放できる
15.
15 pointer p_; allocator_type a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge>
vector<Hoge> swap アロケータと コンテナの swap の関係
16.
16 pointer p_; allocator_type a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge>
vector<Hoge> 各々の a_ は各々の p_ が 指している領域について知らない swap アロケータと コンテナの swap の関係
17.
17 pointer p_; allocator_type a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge>
vector<Hoge> 各々の a_ は各々の p_ が 指している領域について知らない swap アロケータと コンテナの swap の関係
18.
18 pointer p_; allocator_type a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge>
vector<Hoge> じゃあアロケータも swap すれば良いじゃん? アロケータと コンテナの swap の関係 swap
19.
19 template<typename T, size_t N> class StackAllocator
{ ..... char storage_[N]; }; ところが swap できない アロケータの種類がある ここからメモリを割り当てる この型のアロケータ同⼠は swap できない
20.
Q. 状態を持ったアロケータと swap の問題どうすんの? A.
(in C++03) 実装依存です ≒ 規格がほとんど何も⾔ってないの で,アロケータはオブジェクト毎 の状態を持てないと仮定するしか ない. 20
21.
Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました 21
22.
22 Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました
23.
23 使いどころが限定されるが 使えないわけじゃない Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました
24.
24 使いどころが限定されるが 使えないわけじゃない 良く分かってそうな感じ Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました
25.
25 Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました
26.
26 Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました
27.
27 Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました オブジェクト毎に 情報持てなくても そんなに深刻じゃないよ
28.
28 深刻だろ,常識的に考えて… Allocators@C++03 について 街の⼈の声を聞いてきました オブジェクト毎に 情報持てなくても そんなに深刻じゃないよ
29.
29 Allocators@C++03 について 専⾨家の話を聞いてきました
30.
30 Allocators@C++03 について 専⾨家の話を聞いてきました Pablo Halpern (アロケータ補完計画メンバ)
31.
31 Allocators@C++03 について 専⾨家の話を聞いてきました Pablo Halpern (アロケータ補完計画メンバ) 標準化委員の誰かが 「単に間に合わなかっただけ」 ってゆってた
32.
Allocators@C++03 まとめ 32
33.
Allocators@C++03 まとめ 33 規格の⽂⾔を書くのが間に合いませんでした
34.
34 2013/06/22 Cryolite Boost.勉強会 #12
大阪 Allocators@C++11
35.
規格の⽂⾔ができました 35
36.
C++11 のアロケータでは 何が起きたか? 36
37.
アロケータに対する 異次元(?)の制限緩和 37
38.
アロケートノミクスの カスタマイズ戦略3本の⽮ 38 状態を持つアロケータ Stateful allocator スコープドアロケータモデル Scoped allocator
model アロケータへの配慮 Allocator-awareness
39.
制限緩和+3本の矢 =アロケータ株価の上昇 39 右肩上がり! 本発表終了時イマココ!
40.
制限緩和+3本の矢 =アロケータ株価の上昇 40 本発表終了時イマココ!
41.
Allocator-awareness アロケータへの配慮 41
42.
Allocator-awareness アロケータへの配慮 ユーザから指定された アロケータをちゃんと 使います. 42
43.
アロケータへの配慮 std::vector の例 (1/2) 43 pointer
p_; ..... MyClass MyClass MyClass ・・・・・(未構築) std::vector<MyClass> メモリは allocate で獲得, deallocate で解放 各 value_type オブジェクトは construct で構築, destroy で破壊 ポインタ型はアロケータで 指定されたものを使う
44.
44 pointer p_; allocator_type a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge>
vector<Hoge> コンテナの swap のときにアロケータを swap する・しない,を制御可 アロケータへの配慮 std::vector の例 (2/2) (propagate_on_container_*)
45.
45 pointer p_; allocator_type a_; ..... pointer p_; allocator_type a_; ..... vector<Hoge>
vector<Hoge> アロケータへの配慮 std::vector の例 (2/2) コンテナの swap のときにアロケータを swap する・しない,を制御可 (propagate_on_container_*)
46.
アロケータへの配慮 std::list の例 46 pointer head_; ..... MyClass v_; pointer next_; ..... std::list<MyClass> _ListNode MyClass
v_; pointer next_; ..... _ListNode ・・・・・
47.
状態を持つアロケータ Stateful Allocator 47
48.
状態を持つアロケータ Stateful Allocator アロケータがオブジェクト毎 の状態を持てます! 48
49.
状態を持つアロケータ Stateful Allocator アロケータがオブジェクト毎 の状態を持てます! アロケータがオブジェクト毎 の状態を持てます! 49
50.
状態を持つアロケータ Stateful Allocator アロケータがオブジェクト毎 の状態を持てます! アロケータがオブジェクト毎 の状態を持てます! アロケータがオブジェクト毎 の状態を持てます! 50
51.
C++11 のアロケータで 何ができるか? 51
52.
allocate/deallocate で⾃作 汎⽤メモリアロケータ……? 52
53.
allocate/deallocate で⾃作 汎⽤メモリアロケータ……? malloc@glibc「ほう? 汎⽤メモリアロケータを ⾃作……ですか.」 jemalloc「我々を超えてみせる,と?」 tcmalloc「これは楽しみですなぁククク…….」 53
54.
allocate/deallocate で⾃作 汎⽤メモリアロケータ……? malloc@glibc「ほう? 汎⽤メモリアロケータを ⾃作……ですか.」 jemalloc「我々を超えてみせる,と?」 tcmalloc「これは楽しみですなぁククク…….」 54 死にたくないのでスキップします
55.
55 超単純なアロケータ実装以外では ほとんど意味なかった←結論 allocate/deallocate で⾃作 汎⽤メモリアロケータの前に
56.
ここから初級の話その1 56
57.
(de)?allocate をカスタマイズ してメモリっぽいものを扱う 57
58.
(de)?allocate をカスタマイズ してメモリっぽいものを扱う 58 仮想ページ 仮想アドレス空間 mmap new shm_open & mmap
59.
(de)?allocate をカスタマイズ してメモリっぽいものを扱う 59 仮想ページ 仮想アドレス空間 mmap new shm_open & mmap もしかして:Boost.Interprocessのアロケータ
60.
(de)?allocate をカスタマイズ してメモリっぽいものを扱う 60 仮想ページ 仮想アドレス空間 mmap new shm_open & mmap もしかして:Boost.Interprocessのアロケータ Boost.Interprocess のアロケータは
stateful ですが, 標準のコンテナに乗せられます.
61.
ここから初級の話その2 61
62.
62 •メモリ使⽤総量,オブジェ クト総数のカウント •デバッグ⽤各種フック •各イベントを Boost.Signals2 で発⾏ •その他 allocate/deallocate, construct/destroy に フックを仕掛ける
63.
allocate/deallocate, construct/destroy に フックを仕掛ける 63 •メモリ使⽤総量,オブジェ クト総数のカウント •デバッグ⽤各種フック •各イベントを Boost.Signals2 で発⾏ •その他
64.
ここから中級の話その1 64
65.
pointer 型をスマート ポインタとしてカスタマイズ 65
66.
pointer 型をスマート ポインタとしてカスタマイズ 66 Q. アロケータを使う側が allocate/construct
に対応 する deallocate/destroy を ちゃんと呼び出すはずだから, スマートポインタにする必要 ないのでは?
67.
67 int main(){ vector<int> v(a); f(move(v)); ..... } void
f(vector v){ ..... ..... } a.exe (デバッグビルド) b.dll (リリースビルド) デバッグビルドの new で獲得したメモリを リリースビルドの delete で解放><; new/delete の ABI ⾮互換性の克服
68.
pointer 型をスマート ポインタとしてカスタマイズ 68 template<typename T> struct
RobustAlloc { typedef std::shared_ptr<T> pointer; ..... pointer allocate(size_t n) { return pointer( new char[n * sizeof(T)], [](void *p) { delete p[]; }); } void deallocate(pointer p, size_type n) { /* do nothing */ } };
69.
69 int main(){ RobustAlloc a; vector<int,
RobustAlloc> v(a); f(move(v)); ..... } void f(vector v){ ..... ..... } a.exe (デバッグビルド) b.dll (リリースビルド) new/delete の ABI ⾮互換性の克服 デバッグビルドの new でメモリを獲得, デバッグビルドの delete で解放するのでO.K. (詳しくは 私の第1回 Boost.勉強会参照)
70.
ここから中級の話その1.5 70
71.
construct/destroy でコン テナ要素の⽣成をハック 71 vector<string> v; v.emplace(“Hello”); 呼ばれるコンストラクタは string(“Hello”)
72.
construct/destroy でコン テナ要素の⽣成をハック 72 template<typename T> struct
MyAlloc { template<typenmae... Args> void construct(T *p, Args &&... args) { ::new ((void *)p) (std::forward<Args>(args)..., AnotherAlloc a_); } ..... AnotherAlloc a_; };
73.
construct/destroy でコン テナ要素の⽣成をハック 73 template<typename T> struct
MyAlloc { template<typenmae... Args> void construct(T *p, Args &&... args) { ::new ((void *)p) (std::forward<Args>(args)..., AnotherAlloc a_); } ..... AnotherAlloc a_; }; 元々のコンストラクタの引数に a_ を付け加えてコンストラクタを呼び出し
74.
construct/destroy でコン テナ要素の⽣成をハック 74 vector<string, MyAlloc> v; v.emplace(“Hello”); 実際に呼ばれるコンストラクタは string(“Hello”, a_)
75.
construct/destroy でコン テナ要素の⽣成をハック 75 vector<string, MyAlloc> v; v.emplace(“Hello”); 実際に呼ばれるコンストラクタは string(“Hello”, a_) アロケータはコンテナ要素の構築 ⽅法を完全に乗っ取ることが可能.
76.
ここから中級の話その2 76
77.
77 Template<typename T> class IndirectPointer { T **p_; ..... T &operator*() { return **p_; } }; Template<typename
T> class IndirectAlloc; アロケータカスタマイズに よる ptr_containers
78.
78 Template<typename T> IndirectAlloc<T>::allocate; sizeof(T) *
n バイトではなく sizeof(T *) * n バイトを確保 アロケータカスタマイズに よる ptr_containers
79.
79 Template<typename T> IndirectAlloc<T>::allocate; Template<typename T> IndirectAlloc<T>::construct; sizeof(T)
* n バイトではなく sizeof(T *) * n バイトを確保 (T 型のオブジェクト) アロケータカスタマイズに よる ptr_containers
80.
80 vector<int, IndirectAlloc<int> > v; // boost::ptr_vector<int> 相当 list<int, IndirectAlloc<int> > l; // boost::ptr_list<int> 相当 アロケータカスタマイズに よる ptr_containers
81.
アロケータカスタマイズに よる ptr_containers 81 vector<int, IndirectAlloc<int> > v; // boost::ptr_vector<int> 相当 list<int, IndirectAlloc<int> > l; // boost::ptr_list<int> 相当 さらにアロケータの construct を加工し て,
factory に転送して動的多相な形で コンテナの要素を乗せることが可能.
82.
ここから上級の話 Scoped Allocator Model 82
83.
vector<string> v; 83 vector<string> に string を 追加し続ける例
84.
プログラム中のいろんな場所から 参照され,要素が追加されると仮定 vector<string> v; 84 v.emplace_back(“hoge”); v.emplace_back(“fuga”); vector<string> に string を 追加し続ける例
85.
vector の部分はメモリの再割り当て が必要だが, string
の部分は超単純 な割り当て戦略でよい. vector<string> v; 85 vector<string> に string を 追加し続ける例
86.
86 (外側のアロケータ) デフォルトのアロケータとして振る舞う (内側のアロケータ) 単純なアロケータ(リージョン・アリーナ) として振る舞う ネストされたアロケータ vector<string> に string を 追加し続ける例
87.
87 (外側のアロケータ) デフォルトのアロケータとして振る舞う construct で内側のアロケータを引数に追加 (内側のアロケータ) 単純なアロケータ(リージョン・アリーナ) として振る舞う NestedAllocator vector<string> に string を 追加し続ける例
88.
vector<string> に string を 追加し続ける例 88 vector<string, NestedAlloc<string> > v; v.emplace_back(“hoge”); v.emplace_back(“fuga”); v string “hoge” “fuga” ・ ・ ・ string ・ ・ ・外側のアロケータの メモリリソース 内側のアロケータの メモリリソース
89.
今⽇⾔いに来たこと(再掲) 89 アロケータは (de)?allocate をカスタ マイズしたら終わりではあ りません.
90.
allocate/deallocate を カスタマイズする前に 90 超単純なアロケータ実装以外では ほとんど意味なかった←結論
91.
超単純なアロケータとは? Region/Arena Allocator 91 メモリをドバっと確保して
92.
92 先頭から順に確保 超単純なアロケータとは? Region/Arena Allocator
93.
93 先頭から順に確保 超単純なアロケータとは? Region/Arena Allocator
94.
94 先頭から順に確保 超単純なアロケータとは? Region/Arena Allocator
95.
これからのアロケータ 95
96.
アロケータのカスタマイズに よる最⼤の弊害 96 アロケータのカスタマイズ = 型を変える = オブジェクト同⼠の 相互運⽤性低下
97.
型消去による動的多相アロケー タ – polymorphic_allocator 97 アロケータのカスタマイズ しつつ,型を消去してオブ ジェクト同⼠の相互運⽤性 を維持する
98.
polymorphic_allocator まとめ 98 規格の⽂⾔を書くのが間に合いませんでした
99.
polymorphic_allocator まとめ 99 規格の⽂⾔を書くのが間に合いませんでした
100.
100 201z/xx/yy Cryolite Boost.勉強会 #n
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