C++17 Polymorphic Memory Resources (pmr)与STL在嵌入式应用中的使用

"Richard Kaiser的C++17 Polymorphic Memory Resources (pmr) 和 STL 容器在嵌入式应用中的使用" 在嵌入式系统开发中，遵循如AUTOSAR或MISRA等规则至关重要。其中，AUTOSAR规则A18-5-5规定了内存管理函数应确保具有以下特性： 1. 确定性行为，保证最坏情况下的执行时间。 2. 避免内存碎片。 3. 避免耗尽内存。 4. 避免不匹配的分配或释放。 5. 不依赖于非确定性的内核调用。 这些规则对于使用C++标准库容器的应用程序产生了深远的影响，因为默认情况下，C++的`new`和`delete`操作符并不满足上述要求。它们执行时间不确定，可能导致内存碎片。因此，对于需要符合AUTOSAR标准的嵌入式应用程序，不能直接使用标准STL容器。 自C++17起，引入了Polymorphic Memory Resources（pmr），这是一种可以定制内存分配策略的机制，旨在解决上述问题。通过使用pmr，开发者可以创建符合AUTOSAR规则A18-5-5的内存管理器，这些管理器可以与STL容器一起使用，确保内存分配的确定性和效率。 例如，`std::pmr::monotonic_buffer_resource`是一种无碎片的内存池实现，它可以提供确定性的分配速度，并且避免内存碎片。这种内存资源可以被STL容器如`std::vector`、`std::map`等使用，替代默认的`new`和`delete`操作。 此外，`std::pmr::unsynchronized_pool_resource`提供了线程不安全但更高效的内存池，适合单线程环境。它允许开发者预先分配一大块内存，并以高效的方式在内部管理这些内存，从而满足AUTOSAR的确定性要求。 使用pmr的另一个好处是，它允许在不同容器之间共享内存资源，减少了内存碎片的可能性。例如，多个`std::vector`实例可以共享同一个`monotonic_buffer_resource`，这样即使容器增长和收缩，内存也不会在整个系统中散乱分布。 在实际应用中，开发者可以定义自己的内存资源类，继承自`std::pmr::memory_resource`，并覆盖其`allocate`和`deallocate`方法，以实现特定的内存管理策略，如固定大小的内存块或者基于硬件限制的内存分配。 C++17的Polymorphic Memory Resources和STL容器的结合为嵌入式应用提供了更强大的内存管理工具，使得开发者能够编写出符合AUTOSAR等严格规则的高效、确定性的代码，同时保持了C++的灵活性和便利性。通过深入理解和利用pmr，我们可以构建更可靠、更优化的嵌入式系统。