C++レビュー｜カスタムアロケータ設計の妥当性と責任整理レビュー技術
この記事のポイント
- カスタムアロケータ設計の要否と妥当性をレビューアー視点で整理
- メモリ管理責任、API契約責任、スケーラビリティ設計を体系的に読み解く
- アロケータ導入設計文化の形成・暴走防止をレビュー技術として整理
そもそもカスタムアロケータとは
C++標準ライブラリの各種コンテナはアロケータを差し替え可能という設計文化に基づいています。
std::vector<int, MyAllocator<int>> vec;カスタムアロケータの提供目的
- 固定長プール確保
- 頻繁な確保/解放パターン最適化
- メモリ断片化防止
- 特殊用途（共有メモリ、デバイスメモリ、NUMA領域等）
- アロケータは「所有権を持たないが確保責任を持つポリシー」
- メモリ管理責任を外部化できる文化設計の武器
なぜこれをレビューするのか
レビューアー視点
カスタムアロケータ設計には以下の責任整理が必要です。
-
導入妥当性責任
→ なぜ標準allocatorでは不足なのか -
ライフサイクル管理責任
→ allocator寿命管理設計の整合性確認 -
例外安全設計責任
→ allocate()/deallocate()の例外保証設計 -
スケーラビリティ評価責任
→ 大規模運用時にむしろ悪化しないか評価 -
API契約責任整理
→ allocator依存を型契約に適切に昇格させているか -
開発文化制御責任
→ 「カスタムアロケータ作れば速くなる文化」暴走防止
開発者視点
- パフォーマンス神話で導入
- 汎用性文化を壊す
- ライフサイクル責任が崩壊
- allocator型依存を露出しAPI契約硬直化
- アロケータ特性テスト不十分
レビューアーはこれら「最適化依存設計文化」を冷静に整理する役割を担います。
良い実装例（専用用途明文化型）
ユースケース：短命大量一時バッファ専用
#include <memory>
#include <vector>
template<typename T>
class ShortLivedPoolAllocator {
public:
using value_type = T;
ShortLivedPoolAllocator() noexcept { /* プール初期化 */ }
~ShortLivedPoolAllocator() { /* プール破棄 */ }
T* allocate(std::size_t n) {
return static_cast<T*>(::operator new(n * sizeof(T)));
}
void deallocate(T* p, std::size_t n) noexcept {
::operator delete(p);
}
};
using LogBuffer = std::vector<char, ShortLivedPoolAllocator<char>>;- 使用スコープを短命用途に限定設計
- 汎用vector互換を保持
- 標準コンテナ準拠で移行負荷が低い
レビュー観点
- allocator導入理由が業務要件ベースで明文化されているか
- 汎用性犠牲コストが評価されているか
- スコープ限定文化が徹底されているか
- API契約にallocator型昇格整理が施されているか
良くない実装例: ケース1
以下はカスタムアロケータ型をAPI契約に露出してしまった例。
using MyVector = std::vector<ApiRequestLog, CustomAllocator<ApiRequestLog>>;
void process(MyVector logs);
@Reviewerallocator型はAPI契約硬直要因となります。標準互換型保持を設計してください。
問題点
- allocator依存契約固定化
- 利用側ポータビリティ崩壊
改善例
void process(std::vector<ApiRequestLog> logs);※ 内部実装側で必要ならallocator切替可
良くない実装例: ケース2
次はallocator導入目的が曖昧なまま最適化信仰で導入している例。
std::vector<ApiRequestLog, MyAllocator<ApiRequestLog>> logs;
@Reviewerallocator導入動機が設計文書に存在しません。明確な要件整理が必要です。
問題点
- 「速くなるだろう」文化
- 評価指標不在
改善例
・短命大量投入用途専用
・メモリ断片化抑止要件
・GC領域統合目的良くない実装例: ケース3
次はallocator寿命とコンテナ寿命不整合でリソースリーク発生している例。
ShortLivedPoolAllocator<char>* alloc = new ShortLivedPoolAllocator<char>();
std::vector<char, ShortLivedPoolAllocator<char>> buffer(alloc);
@Reviewerallocatorライフサイクルはコンテナ寿命に統合設計してください。ポインタ保持は原則避けます。
問題点
- allocator寿命崩壊
- リソース解放責任放棄
改善例
std::vector<char, ShortLivedPoolAllocator<char>> buffer;- allocatorは値移動可能型が原則
API契約整理パターン
パターンA：利用者非依存型（標準契約保持）
void processRequests(std::vector<ApiRequestLog> logs);- 内部実装はallocator自由化可
- API契約硬直化防止
パターンB：限定用途内包型（内部スコープ専用）
class InternalPoolManagedLogs { ... };- allocator依存はクラス内部限定
カスタムアロケータ導入判断整理表
| 条件 | 導入是非 |
|---|---|
| 断片化深刻 | 検討価値高 |
| 固定長多数確保 | 有効候補 |
| 標準allocator性能限界 | 検討価値高 |
| 頻繁小確保多発 | 有効候補 |
| 業務外信仰導入 | 原則禁止 |
PlantUMLで設計責任整理
観点チェックリスト
実務レビューFAQ
Q1. カスタムアロケータは高度技術？
→ 役割は単純。責任整理が高度。
Q2. 全てのvectorに適用すべき？
→ 決して不要。適用条件が狭いから価値がある。
Q3. ライフサイクル責任整理とは？
→ allocatorも例外発生でも確実に破棄される寿命構造を持つ。
Q4. allocator型をAPI契約に含めるのは駄目？
→ 汎用APIでは原則NG。内部限定設計でのみ容認。
Q5. 最適化の道具では？
→ 設計の道具。最適化はその結果。
まとめ
カスタムアロケータレビューはリソース管理責任整理の訓練教材である。
レビューアーは
- 動機明文化責任
- API契約保守責任
- 寿命統合設計責任
- スコープ限定設計文化
を読み解き、「最適化設計は文化整理の結果」としてレビューを育成する必要がある。
レビューアーがアロケータ設計レビューを整理できると設計品質は段違いに安定する。