什么决定了 STL 容器中的 max_size？

Question

我试图在 C 中重现 std::string 的行为，但有一件事我真的不知道该怎么做。有一个max_size 成员方法可以提供字符串（或向量的任何其他数组等）可以具有的最大大小，所以我的问题是我知道这个值可能取决于系统，那么容器如何确定这个数字 ？我可以用 C 语言得到它吗？

Answer 1

什么决定了 STL 容器中的 max_size？

标准库的实现者选择它。考虑到 API 和目标系统施加的限制，实施者应该设计容器以支持尽可能大的大小。容器的实现失败，并且提供的分配器可能会施加额外的限制，理想情况下应该通过降低（因此更准确）max_size 来反映。

请注意，max_size 在实践中很少有用。这是一个理论上的上限，实际上不一定可以达到……通常是因为内存不足，至少在 64 位系统上是这样。它用于及早检测明显错误的用户输入（然后相应地抛出异常）。

我可以用 C 语言得到它吗？

您可以定义一个常量外部变量并在 c++ 翻译单元中对其进行初始化。示例：

// common_header.h
// add header guard here
#include <stdlib.h>

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

extern const size_t cpp_string_max_size;
extern const size_t cpp_vector_int_max_size;

#ifdef __cplusplus
}
#endif

// source.cpp
#include "common_header.h"
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <vector>

const std::size_t cpp_string_max_size = std::string{}.max_size();
const std::size_t cpp_vector_int_max_size = std::vector<int>{}.max_size();

然后，使用 C++ 编译器编译 C++ 翻译单元并将其与 C 程序链接。

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我正在寻找一种不涉及任何 C++ 的方法

根据“任何 C++”的含义，您可以使用元编程：编写一个 C++ 程序，该程序生成一个 C 源文件，其中包含由 C++ 程序生成的常量。生成部分显然涉及到C++，但是生成的源码会是纯C，只用C编译器就可以编译。

如果这不符合您的喜好，您可以阅读您选择的 C++ 标准库的实现文件，看看它们是如何实现 max_size 的，然后手动编写 C 源代码。这不涉及任何时候编写或编译任何 C++，尽管它确实涉及读取 C++。

Answer 2

max_size 定义了该容器在理论上可以针对该容器的特定实现具有的最大大小。

该数字不取决于操作系统或可用内存，而仅由容器的实现给出。

如果你的（不兼容std::string）字符串容器的实现是这样的：

struct string {
   unsigned char size;
   char *data;

   // … further functions …
};

那么max_size 可能是指unsigned char 可以代表的最大数字。

如果您的实现只是一个\0 终止的字符串，没有任何其他元信息。那么max_size 可能是指对于给定的目标架构，可以通过指针寻址的最大字节数。

所以max_size 只是说，容器的实现方式将能够处理max_size 个元素。但这并不能保证操作系统能够做到这一点。

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对于std::string，实现可以处理的最大字符数的上限由size_type 的最大数量和一些进一步的限制给出。

std::string 的 size_type 本身由使用的分配器 (std::allocator<CharT>) 给出，默认为 std::allocator_traits<Allocator>::size_type。

对于std::allocatorsize_type 的推荐人std::size_t。

所以对于std::string，max_size 的上限是std::size_t 的最大值减去满足字符串其他要求所需的值n。

gcc-4.6.2 的libstdc++ 定义了says this 关于max_size：

// The maximum number of individual char_type elements of an
// individual string is determined by _S_max_size. This is the
// value that will be returned by max_size().  (Whereas npos
// is the maximum number of bytes the allocator can allocate.)
// If one was to divvy up the theoretical largest size string,
// with a terminating character and m _CharT elements, it'd
// look like this:
// npos = sizeof(_Rep) + (m * sizeof(_CharT)) + sizeof(_CharT)
// Solving for m:
// m = ((npos - sizeof(_Rep))/sizeof(CharT)) - 1
// In addition, this implementation quarters this amount.
static const size_type  _S_max_size;
static const _CharT _S_terminal;

以及对应的initialization

template<typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>
  const typename basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::size_type
  basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::
  _Rep::_S_max_size = (((npos - sizeof(_Rep_base))/sizeof(_CharT)) - 1) / 4;

根据这个197. max_size() underspecified（不确定是否有任何更新），max_size 的值不会因调用而改变：

LWG 很清楚，max_size() 返回的值不能随调用而改变。

因此您可以使用eerorika 的方法来获取特定分配器的值。