什么是PMR？

在现代C++开发中，内存管理始终是性能与灵活性之间的关键权衡。C++17引入了<memory_resource>头文件中的std::pmr（Polymorphic Memory Resource，多态内存资源）机制，为开发者提供了一种灵活、高效且可扩展的内存管理方案。它允许我们在运行时动态选择不同的内存分配策略，而无需修改容器或对象的类型定义。

传统的STL容器如std::vector或std::string默认使用全局new和delete进行内存分配。但在高性能场景下，频繁的小块内存分配可能带来显著的性能开销。std::pmr通过抽象出“内存资源”的概念，使我们能够将容器与具体的分配方式解耦。

核心组件解析

std::pmr的核心是std::pmr::memory_resource类，它是一个抽象基类，定义了两个纯虚函数：do_allocate和do_deallocate，用于实际的内存申请与释放。所有自定义内存池都需继承并实现这两个方法。

标准库提供了几个现成的资源实现：

• std::pmr::new_delete_resource()：基于new/delete的默认资源。
• std::pmr::null_memory_resource()：不分配内存，用于测试。
• std::pmr::synchronized_pool_resource 和 std::pmr::unsynchronized_pool_resource：线程安全或非线程安全的内存池，适用于小对象频繁分配的场景。

这些资源可以嵌套组合，比如将一个池资源包装在线程同步资源中，形成更复杂的分配策略。

实际应用示例

假设我们需要处理大量短生命周期的小字符串，使用常规std::string会导致堆碎片和性能下降。借助std::pmr::string，我们可以指定一个高效的内存池：

cpp

include

include

include

include

int main() {
char buffer[4096];
std::pmr::monotonicbufferresource pool{buffer, sizeof(buffer)};

std::pmr::string str{"Hello", &pool};
std::pmr::vector<int> vec(&pool);
vec.push_back(42);

std::cout << str << ", " << vec[0] << std::endl;
return 0;

}

这里使用的monotonic_buffer_resource是一种递增式分配器，适合一次性批量分配后统一释放的场景。它从预分配的buffer中连续切分内存，避免系统调用，极大提升速度。

自定义内存资源

对于特殊需求，我们可以继承memory_resource来实现自己的分配逻辑。例如，一个简单的栈式资源：

cpp
class StackResource : public std::pmr::memoryresource { char* buffer; sizet offset = 0;
sizet maxsize;

protected:
void* doallocate(sizet bytes, sizet alignment) override { // 简化对齐处理 offset = (offset + alignment - 1) & ~(alignment - 1); if (offset + bytes > maxsize)
throw std::bad_alloc();
void* ptr = buffer + offset;
offset += bytes;
return ptr;
}

void do_deallocate(void* p, size_t bytes, size_t alignment) override {
    // 栈式资源通常不支持单独释放
}

bool do_is_equal(const memory_resource& other) const noexcept override {
    return this == &other;
}

public:
explicit StackResource(char* buf, sizet size) : buffer(buf), maxsize(size) {}
};

这个资源适合在函数内部快速创建临时对象，退出时整体清理，非常适合解析器或中间代码生成等场景。

性能考量与最佳实践

使用PMR并非总是最优。对于少量分配，其抽象层可能引入轻微开销。但在高频分配、低延迟要求或内存受限环境中，优势明显。建议在以下情况优先考虑：

• 游戏引擎中的帧间对象管理；
• 高频交易系统的消息解析；
• 嵌入式设备上的资源控制。

同时注意线程安全问题：synchronized_pool_resource自带锁，但会牺牲部分性能；若确定单线程使用，应选用unsynchronized版本。

结语

std::pmr不是银弹，但它为C++内存管理打开了一扇新的大门。它让性能优化不再是侵入式的代码重构，而是通过资源注入即可完成的架构调整。掌握这一机制，意味着你能在保持代码简洁的同时，精准掌控内存行为，真正实现“写得优雅，跑得飞快”。