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Effective C++读书笔记——item49（了解new-handle的行为）

article 2025/2/24 5:50:10

在 C++ 中，当 operator new 无法满足内存分配请求时，它会有特定的处理机制，了解 new-handler 的行为对于处理内存分配失败的情况至关重要。下面结合代码详细介绍相关内容。

1. `new-handler` 基础概念

当 operator new 无法满足内存分配请求时，会先调用用户指定的 new-handler 错误处理函数，之后才抛出异常。用户可以通过 set_new_handler 函数指定 new-handler。

#include <iostream>
#include <new>

// 自定义 new-handler 函数
void outOfMem() {
    std::cerr << "Unable to satisfy request for memory\n";
    std::abort();
}

int main() {
    // 设置 new-handler
    std::set_new_handler(outOfMem);
    int *pBigDataArray = new int[100000000L];
    // 其他代码...
    return 0;
}

在上述代码中，如果 operator new 无法为 100000000 个整数分配空间，outOfMem 函数将被调用，程序会输出错误信息并中止。

2. 设计良好的 `new-handler` 应做的事情

一个设计良好的 new-handler 函数必须做到以下事情之一：

释放更多内存：在程序启动时分配一大块内存，在 new-handler 第一次被调用时释放它供程序使用。
安装不同的 new-handler：如果当前 new-handler 无法使更多内存可用，可安装另一个 new-handler。
卸载 new-handler：将空指针传给 set_new_handler，内存分配失败时 operator new 抛出异常。
抛出异常：抛出 bad_alloc 或其派生类型的异常。
不再返回：典型情况是调用 abort 或 exit。

3. 类特定的 `new-handler` 实现

C++ 没有直接支持类特定的 new-handler，但可以自己实现。通过为每个类提供 set_new_handler 和 operator new 的自定义版本来实现。

#include <iostream>
#include <new>

// 资源管理类，用于管理 new-handler
class NewHandlerHolder {
public:
    explicit NewHandlerHolder(std::new_handler nh) : handler(nh) {}
    ~NewHandlerHolder() { std::set_new_handler(handler); }

private:
    std::new_handler handler;
    NewHandlerHolder(const NewHandlerHolder&);
    NewHandlerHolder& operator=(const NewHandlerHolder&);
};

// 支持类特定 new-handler 的模板基类
template <typename T>
class NewHandlerSupport {
public:
    static std::new_handler set_new_handler(std::new_handler p) throw();
    static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);

private:
    static std::new_handler currentHandler;
};

template <typename T>
std::new_handler NewHandlerSupport<T>::set_new_handler(std::new_handler p) throw() {
    std::new_handler oldHandler = currentHandler;
    currentHandler = p;
    return oldHandler;
}

template <typename T>
void* NewHandlerSupport<T>::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {
    NewHandlerHolder h(std::set_new_handler(currentHandler));
    return ::operator new(size);
}

template <typename T>
std::new_handler NewHandlerSupport<T>::currentHandler = 0;

// Widget 类，继承自 NewHandlerSupport
class Widget : public NewHandlerSupport<Widget> {
    // 其他成员...
};

// 自定义 new-handler 函数
void outOfMem() {
    std::cerr << "Widget memory allocation failed\n";
    std::abort();
}

int main() {
    // 设置 Widget 类的 new-handler
    Widget::set_new_handler(outOfMem);
    Widget *pw1 = new Widget;
    // 其他代码...
    return 0;
}

在这个例子中，NewHandlerSupport 是一个模板基类，Widget 类继承自 NewHandlerSupport<Widget>，通过这种方式为 Widget 类提供了类特定的 new-handler。

4. 奇特的递归模板模式（CRTP）

NewHandlerSupport 模板使用了奇特的递归模板模式（CRTP）。模板参数 T 仅用于区分不同的继承类，模板机制会为每个实例化的 NewHandlerSupport<T> 生成一个 currentHandler 的拷贝。

5. `nothrow new`

直到 1993 年，C++ 要求 operator new 分配失败时返回空指针。现在标准规定抛出 bad_alloc 异常，但为了兼容旧代码，提供了 nothrow 形式的 operator new。

#include <iostream>
#include <new>

class Widget {
    // 类定义...
};

int main() {
    Widget *pw1 = new Widget; // 分配失败抛出 bad_alloc 异常
    if (pw1 == 0) {
        // 此测试必然失败
    }

    Widget *pw2 = new (std::nothrow) Widget; // 分配失败返回 0
    if (pw2 == 0) {
        // 此测试可能成功
    }
    return 0;
}

需要注意的是，nothrow new 只能保证 operator new 不会抛出异常，但后续的构造函数调用仍可能抛出异常。

总结要点

set_new_handler 的使用：set_new_handler 允许指定一个在内存分配请求无法满足时调用的函数，通过自定义 new-handler 函数可以处理内存分配失败的情况。
类特定的 new-handler：通过自定义 set_new_handler 和 operator new 以及使用 CRTP 模板基类，可以为每个类提供类特定的 new-handler。
nothrow new 的局限性：nothrow new 仅适用于内存分配，后续的构造函数调用可能依然会抛出异常，其作用有限。