src/gromacs/utility/allocator.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2017,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \file
  36  * \brief
  37  * Declares gmx::Allocator template whose allocation functionality is
  38  * configured both by type of object allocated and a policy class that
  39  * configures the necessary matching malloc and free operation.
  40  *
  41  * \author Erik Lindahl <erik.lindahl@gmail.com>
  42  * \author Mark Abraham <mark.j.abraham@gmail.com>
  43  * \inpublicapi
  44  * \ingroup module_utility
  45  */
  46 #ifndef GMX_UTILITY_ALLOCATOR_H
  47 #define GMX_UTILITY_ALLOCATOR_H
  48
  49 #include <cstddef>
  50
  51 #include <memory>
  52 #include <new>
  53
  54 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  55
  56 namespace gmx
  57 {
  58
  59 /*! \libinternal \brief Policy-based memory allocator.
  60  *
  61  *  \tparam T                 Type of objects to allocate
  62  *  \tparam AllocationPolicy  Policy of (matching) allocation and deallocation functions.
  63  *
  64  * This class can be used for the optional allocator template
  65  * parameter in standard library containers. It must be configured
  66  * with both the type of object to allocate, and an AllocationPolicy
  67  * which effectively wraps a matching pair of malloc and free
  68  * functions. This permits implementing a family of related allocators
  69  * e.g. with SIMD alignment, GPU host-side page locking, or perhaps
  70  * both, in a way that preserves a common programming interface and
  71  * duplicates minimal code.
  72  *
  73  * AllocationPolicy is used as a base class, so that if
  74  * AllocationPolicy is stateless, then the empty base optimization
  75  * will ensure that Allocation is also stateless, and objects made
  76  * with the Allocator will incur no size penalty. (Embedding an
  77  * AllocationPolicy object incurs a size penalty always, even if the
  78  * object is empty.) Normally a stateless allocator will be used.
  79  *
  80  * However, an AllocationPolicy with state might be desirable for
  81  * simplifying writing code that needs to allocate suitably for a
  82  * transfer to a GPU. That code needs to specify an Allocator that can
  83  * do the right job, which can be stateless. However, if we have code
  84  * that will not know until run time whether a GPU transfer will
  85  * occur, then the allocator needs to be aware of the state.  That
  86  * will increase the size of a container that uses the stateful
  87  * allocator.
  88  *
  89  * \throws std::bad_alloc Instead of a GROMACS exception object, we
  90  * throw the standard one on allocation failures to make it as
  91  * compatible as possible with the errors expected by code using the
  92  * standard library containers.
  93  *
  94  * \inlibraryapi
  95  * \ingroup module_utility
  96  */
  97 template<class T, typename AllocationPolicy>
  98 class Allocator : public AllocationPolicy
  99 {
 100 public:
 101     // The standard library specification for a custom allocator
 102     // requires this typedef, with this capitalization/underscoring.
 103     typedef T value_type; //!< Type of allocated elements
 104
 105     /*! \brief Constructor
 106      *
 107      * No constructor can be auto-generated in the presence of any
 108      * user-defined constructor, but we want the default constructor.
 109      */
 110     Allocator() = default;
 111
 112     /*! \brief Constructor to accept an AllocationPolicy.
 113      *
 114      * This is useful for AllocationPolicies with state.
 115      */
 116     Allocator(const AllocationPolicy& p) : AllocationPolicy(p) {}
 117
 118     /*! \brief Do the actual memory allocation
 119      *
 120      *  \param n    Number of elements of type T to allocate. n can be
 121      *              0 bytes, which will return a non-null properly aligned
 122      *              and padded pointer that should not be used.
 123      *  \param hint Optional value returned from previous call to allocate.
 124      *              For now this is not used.
 125      *  \return Pointer to allocated memory
 126      *
 127      *  \throws std::bad_alloc if the allocation fails.
 128      */
 129     value_type* allocate(std::size_t n, typename std::allocator<void>::const_pointer gmx_unused hint = nullptr)
 130     {
 131         void* p = AllocationPolicy::malloc(n * sizeof(T));
 132
 133         if (p == nullptr)
 134         {
 135             throw std::bad_alloc();
 136         }
 137         else
 138         {
 139             return static_cast<value_type*>(p);
 140         }
 141     }
 142
 143     /*! \brief Release memory
 144      *
 145      * \param p  Pointer to previously allocated memory returned from allocate()
 146      * \param n  number of objects previously passed to allocate()
 147      */
 148     void deallocate(value_type* p, std::size_t gmx_unused n) { AllocationPolicy::free(p); }
 149
 150     /*! \brief Return true if two allocators are identical
 151      *
 152      * This is a member function of the left-hand-side allocator.
 153      * Always true for stateless polcies. Has to be defined in the policy for stateful policies.
 154      * FUTURE: Can be removed with C++17 (is_always_equal)
 155      */
 156     template<class T2, class A = AllocationPolicy, typename = std::enable_if_t<std::is_empty<A>::value>>
 157     bool operator==(const Allocator<T2, AllocationPolicy>& /*unused*/) const
 158     {
 159         return true;
 160     }
 161
 162     /*! \brief Return true if two allocators are different
 163      *
 164      * \param rhs Other allocator.
 165      *
 166      * This is a member function of the left-hand-side allocator.
 167      */
 168     template<class T2>
 169     bool operator!=(const Allocator<T2, AllocationPolicy>& rhs) const
 170     {
 171         return !(*this == rhs);
 172     }
 173 };
 174
 175 } // namespace gmx
 176
 177 #endif