为什么std::string::max_size()不等于std::string::allocator::max_size()

Question

最近我注意到，以下语句不适用于std::string s。

s.max_size() == s.get_allocator().max_size();

我觉得这很有趣，std::string默认使用的是std::allocator<char>，理论上的极限是size_type(-1)（是的，我知道我假设了2补码，但这与实际问题无关）。我知道实际限制要比这小得多。在典型的32位x86系统上，内核将占用2GB（也许是1GB）的地址空间，留下一个更小的实际上限。

无论如何，GNU libstdc++的std::basic_string<>::max_size()似乎会返回相同的值，而不管它正在使用的分配器是什么（大约是1073741820）。

因此，问题仍然存在，为什么std::basic_string<>::max_size()不只是返回get_allocator().max_size()呢？在我的看来，这是假设的上限。如果分配不足，它就会抛出一个std::bad_alloc，那为什么不试试呢？

这更多的是好奇心，我只是想知道为什么至少在这个实现中两者被单独定义。

- Evan Teran

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如果分配不足，它就会抛出 std::bad_alloc 异常，那为什么不试试呢？我可以回答这个问题。人们可能需要处理大字符串，并将它们分成大字符串块，如果他们无法依赖于 max_size 向他们报告的内容，他们将不得不采取临时限制措施。 - GManNickG

我理解你的观点，但我不同意。事实上，你几乎总是必须假设任何字符串大小<= max_size() 都有可能失败，因为它取决于外部变量（堆中有多少可用空间）。 - Evan Teran

同意。我的唯一观点是他们至少应该尽量准确，而不是只给一个很大的数字然后期望最好的结果。给一个实际的数字，然后希望最好的结果。:) 虽然这个问题很棘手。 - GManNickG

Answer 1

在Microsoft Connect上发布了与您问题相关的错误。微软对此有一个有趣的答案:

我们根据标准的解释将其解决为“按设计”。标准没有清楚地解释max_size()的预期目的。分配器max_size()被描述为“可以有意义地传递给X::allocate()的最大值”(C++03 20.1.5 [lib.allocator.requirements]/Table 32)，但容器max_size()被描述为“可能的最大容器大小”(23.1 [lib.container.requirements]/Table 65)。没有任何描述容器max_size()应该如何从分配器max_size()派生。多年来，我们的实现直接从分配器max_size()派生容器max_size()，然后使用这个值进行溢出检查等操作。其他对标准的解释，例如您的解释，是可能的，但对我们来说并不明确正确。这里标准的措辞肯定会受益于澄清。在这种情况下，除非发生这种情况，否则出于两个原因，我们决定保持当前的实现不变:(1)其他客户可能依赖于我们当前的行为，(2)max_size()本质上并没有什么用处。最多，消耗分配器(如容器)的东西可以使用分配器max_size()来预测allocate()何时会失败，但是简单地调用allocate()是更好的测试，因为分配器将决定是否提供内存。消耗容器的东西可以使用容器max_size()作为size()可能有多大的保证，但更简单的保证是size_type的范围。

此外，这里您可以找到Core Issue #197。委员会考虑了改善标准措辞的请求，但被拒绝了。

所以对于您的问题“为什么...?”的答案是，标准没有清楚地解释max_size()的预期目的。

- Kirill V. Lyadvinsky

Answer 2

据我所知，std::basic_string 目前的标准并没有限制字符串必须在连续的内存空间中存储。例如，它可以将字符串存储在多个块中。每个这样的块都受到 std::allocator::max_size() 的限制，但总和可能大于该值。

STL 容器似乎也是如此。毕竟，std::basic_string 是一个容器。

- Adam Badura

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除非没有人以这种方式实现它，否则下一个标准可能不允许它（不完全确定），而且 OP 看到它比分配器允许的要显着小。 - UncleBens

Answer 3

GCC的实现有一条评论，说明他们如何计算max_size（必须减去内部管理对象的大小，该对象作为单个块与字符串一起分配），然后补充说max_size()返回这个值的四分之一。没有给出理由，也许只是一个安全裕量？（它也应该提供一个绳索类，也许你会用于如此大的字符串？）

使用VC++，max_size()返回allocator.max_size()减1的值——可能是为了考虑到结尾的空字符。

- UncleBens