Allocator インターフェース

// -----------------------------------------------
// アロケータの取得と基本的な使い方
// -----------------------------------------------

// GeneralPurposeAllocator — 汎用アロケータです（デバッグ時のリーク検出付き）
var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
defer _ = gpa.deinit();               // プログラム終了時にリーク検査を行います
const allocator = gpa.allocator();    // Allocator インターフェースを取得します

// -----------------------------------------------
// alloc / free — スライス（配列）の確保と解放
// -----------------------------------------------

const slice = try allocator.alloc(T, 個数);  // 型 T の配列を確保します（失敗時は error.OutOfMemory）
defer allocator.free(slice);                 // スコープを抜けると自動で解放されます

// -----------------------------------------------
// create / destroy — 単一要素の確保と解放
// -----------------------------------------------

const ptr = try allocator.create(T);   // 型 T 1 個分のメモリを確保してポインタを返します
defer allocator.destroy(ptr);          // スコープを抜けると自動で解放されます

// -----------------------------------------------
// ArenaAllocator — まとめて解放できるアロケータです
// -----------------------------------------------

var arena = std.heap.ArenaAllocator.init(親アロケータ);
defer arena.deinit();                          // arena.deinit() で全確保分を一括解放します
const arena_alloc = arena.allocator();

// -----------------------------------------------
// アロケータを関数に渡すパターン
// -----------------------------------------------

fn 関数名(allocator: std.mem.Allocator) ![]T {
    const buf = try allocator.alloc(T, 個数);
    // … 処理 …
    return buf;                     // 呼び出し元が free の責任を持ちます
}

steinsgate_allocator.zig

// steinsgate_allocator.zig — アロケータの基本サンプルです
// Steins;Gate のキャラクターを使って
// GeneralPurposeAllocator / ArenaAllocator / FixedBufferAllocator の
// 使い分けと defer による自動解放を確認します

const std = @import("std");

// -----------------------------------------------
// ラボメンの名前を受け取って挨拶文を組み立てる関数です
// allocator を引数で受け取るため、呼び出し側がアロケータを自由に選べます
// 返したスライスは呼び出し元が free する責任を持ちます
// -----------------------------------------------
fn buildGreeting(allocator: std.mem.Allocator, name: []const u8, member_no: u8) ![]u8 {
    // std.fmt.allocPrint は allocator でメモリを確保してフォーマット済み文字列を返します
    return std.fmt.allocPrint(allocator, "ラボメン {d:0>3} 号：{s} — El Psy Kongroo", .{ member_no, name });
}

pub fn main() !void {
    const stdout = std.io.getStdOut().writer();

    // -----------------------------------------------
    // GeneralPurposeAllocator — 汎用アロケータ
    // デバッグビルドではリーク検出が有効になります
    // -----------------------------------------------

    var gpa = std.heap.GeneralPurposeAllocator(.{}){};
    defer _ = gpa.deinit();  // main 終了時にリーク検査を実行します
    const gpa_alloc = gpa.allocator();

    try stdout.print("=== 未来ガジェット研究所 ラボメン名簿 ===\n\n", .{});

    // 岡部倫太郎（鳳凰院凶真）のメッセージを確保します
    const okabe_msg = try buildGreeting(gpa_alloc, "岡部倫太郎（鳳凰院凶真）", 1);
    defer gpa_alloc.free(okabe_msg);  // スコープ終了時に解放されます

    try stdout.print("{s}\n", .{okabe_msg});

    // 牧瀬紅莉栖のメッセージを確保します
    const kurisu_msg = try buildGreeting(gpa_alloc, "牧瀬紅莉栖", 4);
    defer gpa_alloc.free(kurisu_msg);

    try stdout.print("{s}\n", .{kurisu_msg});

    // -----------------------------------------------
    // ArenaAllocator — 一括解放アロケータ
    // arena.deinit() を呼ぶだけで確保したメモリをすべて解放できます
    // 個別の free は不要なため、短命データのまとめ処理に便利です
    // -----------------------------------------------

    try stdout.print("\n--- ArenaAllocator でまとめて確保 ---\n", .{});

    var arena = std.heap.ArenaAllocator.init(gpa_alloc);
    defer arena.deinit();  // ここで arena 内の全メモリを一括解放します
    const arena_alloc = arena.allocator();

    // ラボメンの名前リストを Arena から確保します（個別 free は不要です）
    const members = [_]struct { name: []const u8, no: u8 }{
        .{ .name = "椎名まゆり",           .no = 2 },
        .{ .name = "橋田至（ダル）",       .no = 3 },
        .{ .name = "桐生萌郁",             .no = 5 },
        .{ .name = "漆原るか",             .no = 6 },
        .{ .name = "阿万音鈴羽",           .no = 8 },
    };

    for (members) |m| {
        // arena_alloc から確保したスライスは arena.deinit() でまとめて解放されます
        const msg = try buildGreeting(arena_alloc, m.name, m.no);
        try stdout.print("{s}\n", .{msg});
    }

    // -----------------------------------------------
    // FixedBufferAllocator — スタック上の固定バッファ
    // ヒープを使わずスタックバッファからメモリを切り出します
    // バッファを超えると error.OutOfMemory が返ります
    // -----------------------------------------------

    try stdout.print("\n--- FixedBufferAllocator（スタックバッファ 256 bytes）---\n", .{});

    var stack_buf: [256]u8 = undefined;  // スタック上に 256 バイトのバッファを用意します
    var fba = std.heap.FixedBufferAllocator.init(&stack_buf);
    const fixed_alloc = fba.allocator();

    const amadeus_msg = try buildGreeting(fixed_alloc, "牧瀬紅莉栖（Amadeus）", 99);
    // FixedBufferAllocator の free は何もしませんが、インターフェースの一貫性のために呼びます
    defer fixed_alloc.free(amadeus_msg);

    try stdout.print("{s}\n", .{amadeus_msg});
    try stdout.print("使用バイト数: {d} / 256\n", .{fba.end_index});

    // -----------------------------------------------
    // create / destroy — 単一構造体の確保
    // -----------------------------------------------

    try stdout.print("\n--- create / destroy で単一構造体を確保 ---\n", .{});

    const TimeMachineReading = struct {
        divergence: f64,   // 世界線変動率（単位: %）
        pilot: []const u8, // 操作者の名前
    };

    // create は型 1 個分のメモリを確保して *T を返します
    const reading = try gpa_alloc.create(TimeMachineReading);
    defer gpa_alloc.destroy(reading);  // スコープ終了時にポインタのメモリを解放します

    reading.* = TimeMachineReading{
        .divergence = 1.048596,
        .pilot      = "阿万音鈴羽",
    };

    try stdout.print("タイムマシン計測値\n", .{});
    try stdout.print("  世界線変動率: {d:.6}%\n", .{reading.divergence});
    try stdout.print("  操作者　　　: {s}\n",    .{reading.pilot});
}

zig run steinsgate_allocator.zig
=== 未来ガジェット研究所 ラボメン名簿 ===

ラボメン 001 号：岡部倫太郎（鳳凰院凶真） — El Psy Kongroo
ラボメン 004 号：牧瀬紅莉栖 — El Psy Kongroo

--- ArenaAllocator でまとめて確保 ---
ラボメン 002 号：椎名まゆり — El Psy Kongroo
ラボメン 003 号：橋田至（ダル） — El Psy Kongroo
ラボメン 005 号：桐生萌郁 — El Psy Kongroo
ラボメン 006 号：漆原るか — El Psy Kongroo
ラボメン 008 号：阿万音鈴羽 — El Psy Kongroo

--- FixedBufferAllocator（スタックバッファ 256 bytes）---
ラボメン 099 号：牧瀬紅莉栖（Amadeus） — El Psy Kongroo
使用バイト数: 55 / 256

--- create / destroy で単一構造体を確保 ---
タイムマシン計測値
  世界線変動率: 1.048596%
  操作者　　　: 阿万音鈴羽

『Zig』がアロケータを明示的に渡す設計を採用している理由は、「メモリの確保・解放の責任者をコードから一目で分かるようにする」ためです。C の『malloc』/『free』はグローバルに呼び出せるため、どの関数がいつメモリを確保しているかを追うのが困難でした。Zig では関数がアロケータを引数で受け取ることで、呼び出し側が「どのアロケータを使うか」「解放の責任は誰が持つか」を明確に制御できます。また『std.mem.Allocator』というインターフェースを通じて渡すため、本番では『GeneralPurposeAllocator』、テストでは『std.testing.allocator』、組み込みでは『FixedBufferAllocator』と差し替えるだけでコードを変えずに動作を切り替えられます。『defer allocator.free(slice)』を確保の直後に書く慣用句は、解放忘れを防ぐ Zig の定番パターンです。ポインタと『create』/『destroy』の関係は ポインタ *T も合わせて参照してください。