时间：2021-06-03 09:08:54 | 栏目：C代码 | 点击：次
当 operator new 不能满足一个内存分配请求时，它抛出一个 exception（异常）。很久以前，他返回一个 null pointer（空指针），而一些比较老的编译器还在这样做。你依然能达到以前的目的（在一定程度上），但是我要到本文的最后再讨论它。
在 operator new 因回应一个无法满足的内存请求而抛出一个 exception 之前，它先调用一个可以由客户指定的被称为 new-handler 的 error-handling function（错误处理函数）。（这并不完全确切，operator new 真正做的事情比这个稍微复杂一些，详细细节将在下一篇文章中讨论。）为了指定 out-of-memory-handling function，客户调用 set_new_handler ――一个在 <new> 中声明的标准库函数：
namespace std {
typedef void (*new_handler)();
new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();
}
就像你能够看到的，new_handler 是一个指针的 typedef，这个指针指向不取得和返回任何东西的函数，而 set_new_handler 是一个取得和返回一个 new_handler 的函数。（set_new_handler 的声明的结尾处的 "throw()" 是一个 exception specification（异常规范）。它基本上是说这个函数不会抛出任何异常，尽管真相更有趣一些。
set_new_handler 的形参是一个指向函数的指针，这个函数是 operator new 无法分配被请求的内存时应该调用的。set_new_handler 的返回值是一个指向函数的指针，这个函数是 set_new_handler 被调用前有效的目标。
你可以像这样使用 set_new_handler：
// function to call if operator new can't allocate enough memory
void outOfMem()
{
std::cerr << "Unable to satisfy request for memory\n";
std::abort();
}
int main()
{
std::set_new_handler(outOfMem);
int *pBigDataArray = new int[100000000L];
...
}
如果 operator new 不能为 100,000,000 个整数分配空间，outOfMem 将被调用，而程序将在发出一个错误信息后中止。（顺便说一句，考虑如果在写这个错误信息到 cerr... 的过程中内存必须被动态分配会发生什么。）
当 operator new 不能满足一个内存请求时，它反复调用 new-handler function 直到它能找到足够的内存。但是从这种高层次的描述已足够推导出一个设计得好的 new-handler function 必须做到以下事情之一：
这些选择使你在实现 new-handler functions 时拥有极大的弹性。
有时你可能希望根据被分配 object 的不同，用不同的方法处理内存分配的失败：
class X {
public:
static void outOfMemory();
...
};
class Y {
public:
static void outOfMemory();
...
};
X* p1 = new X; // if allocation is unsuccessful,
// call X::outOfMemory
Y* p2 = new Y; // if allocation is unsuccessful,
// call Y::outOfMemory
C++ 没有对 class-specific new-handlers 的支持，但是它也不需要。你可以自己实现这一行为。你只要让每一个 class 提供 set_new_handler 和 operator new 的它自己的版本即可。class 的 set_new_handler 允许客户为这个 class 指定 new-handler（正像standard set_new_handler 允许客户指定global new-handler）。class 的 operator new 确保当为 class objects 分配内存时，class-specific new-handler 代替 global new-handler 被使用。
假设你要为 Widget class 处理内存分配失败。你就必须清楚当 operator new 不能为一个 Widget object 分配足够的内存时所调用的函数，所以你需要声明一个 new_handler 类型的 static member（静态成员）指向这个 class 的 new-handler function。Widget 看起来就像这样：
class Widget {
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;
};
static class members（静态类成员）必须在 class 定义外被定义（除非它们是 const 而且是 integral），所以：
std::new_handler Widget::currentHandler = 0; // init to null in the class // impl. file
Widget 中的 set_new_handler 函数会保存传递给它的任何指针，而且会返回前次调用时被保存的任何指针，这也正是 set_new_handler 的标准版本所做的事情：
std::new_handler Widget::set_new_handler(std::new_handler p) throw()
{
std::new_handler oldHandler = currentHandler;
currentHandler = p;
return oldHandler;
}
最终，Widget 的 operator new 将做下面这些事情：
以 Widget 的 error-handling function 为参数调用 standard set_new_handler。这样将 Widget 的new-handler 安装为 global new-handler。
调用 global operator new 进行真正的内存分配。如果分配失败，global operator new 调用 Widget 的 new-handler，因为那个函数刚才被安装为 global new-handler。如果 global operator new 最后还是无法分配内存，它会抛出一个 bad_alloc exception。在此情况下，Widget 的 operator new 必须恢复原来的 global new-handler，然后传播那个 exception。为了确保原来的 new-handler 总能被恢复，Widget 将 global new-handler 作为一种资源对待，并遵循《C++箴言：使用对象管理资源》中的建议，使用 resource-managing objects（资源管理对象）来预防 resource leaks（资源泄漏）。
如果 global operator new 能够为一个 Widget object 分配足够的内存，Widget 的 operator new 返回一个指向被分配内存的指针。object 的用于管理 global new-handler 的 destructor（析构函数）自动将 global new-handler 恢复到调用 Widget 的 operator new 之前的状态。
以下就是你如何在 C++ 中表达这所有的事情。我们以 resource-handling class 开始，组成部分中除了基本的 RAII 操作（在构造过程中获得资源并在析构过程中释放）（《C++箴言：使用对象管理资源》），没有更多的东西：
class NewHandlerHolder {
public:
explicit NewHandlerHolder(std::new_handler nh) // acquire current
:handler(nh) {} // new-handler
~NewHandlerHolder() // release it
{ std::set_new_handler(handler); }
private:
std::new_handler handler; // remember it
NewHandlerHolder(const NewHandlerHolder&); // prevent copying
NewHandlerHolder& // (see 《C++箴言：谨慎考虑资源管理类的拷贝行为》)
operator=(const NewHandlerHolder&);
};
这使得 Widget 的 operator new 的实现非常简单：
void * Widget::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
NewHandlerHolder // install Widget's
h(std::set_new_handler(currentHandler)); // new-handler
return ::operator new(size); // allocate memory
// or throw
} // restore global
// new-handler
Widget 的客户像这样使用它的 new-handling capabilities（处理 new 的能力）：
void outOfMem(); // decl. of func. to call if mem. alloc. // for Widget objects fails Widget::set_new_handler(outOfMem); // set outOfMem as Widget's // new-handling function Widget *pw1 = new Widget; // if memory allocation // fails, call outOfMem std::string *ps = new std::string; // if memory allocation fails, // call the global new-handling // function (if there is one) Widget::set_new_handler(0); // set the Widget-specific // new-handling function to // nothing (i.e., null) Widget *pw2 = new Widget; // if mem. alloc. fails, throw an // exception immediately. (There is // no new- handling function for // class Widget.)
无论 class 是什么，实现这个方案的代码都是一样的，所以在其它地方重用它就是一个合理的目标。使它成为可能的一个简单方法是创建一个 "mixin-style" base class（“混合风格”基类），也就是说，一个设计为允许 derived classes（派生类）继承一个单一特定能力（在当前情况下，就是设定一个 class-specific new-handler 的能力）的 base class（基类）。然后把这个 base class（基类）转化为一个 template（模板），以便于你得到针对每一个 inheriting class（继承来的类）的 class data 的不同拷贝。
这个设计的 base class（基类）部分让 derived classes（派生类）继承它们全都需要的 set_new_handler 和 operator new functions，而这个设计 template（模板）部分确保每一个 inheriting class（继承来的类）得到一个不同的 currentHandler data member（数据成员）。这听起来可能有点复杂，但是代码看上去可靠而且熟悉。实际上，仅有的真正不同是它现在可以用在任何需要它的 class 之上：
template<typename T> // "mixin-style" base class for
class NewHandlerSupport{
// class-specific set_new_handler
public: // support
static std::new_handler set_new_handler(std::new_handler p) throw();
static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
... // other versions of op. new
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);
}
// this initializes each currentHandler to null
template<typename T>
std::new_handler NewHandlerSupport<T>::currentHandler = 0;
有了这个 class template（类模板），为 Widget 增加 set_new_handler 支持就很容易了：Widget 只需要从 NewHandlerSupport<Widget> 继承即可。（可能看起来很奇特，但是下面我将解释更多的细节。）
class Widget: public NewHandlerSupport<Widget> {
... // as before, but without declarations for
}; // set_new_handler or operator new
这些就是 Widget 为了提供一个 class-specific set_new_handler 所需要做的全部。
但是也许你依然在为 Widget 从 NewHandlerSupport<Widget> 继承而烦恼。如果是这样，当你注意到 NewHandlerSupport template 从来没有用到它的 type parameter T 时，你可能会更加烦恼。它不需要那样做。我们需要的全部就是为每一个从 NewHandlerSupport 继承的 class 提供一份不同的 NewHandlerSupport ――特别是它的 static data member（静态数据成员）currentHandler ――的拷贝。template parameter T 只是为了将一个 inheriting class 同另一个区分开来。template 机制自己自动地为每一个被实例化的 NewHandlerSupport 中的 T 生成一个 currentHandler 的拷贝。
对于 Widget 从一个把 Widget 当作一个 type parameter（类型参数）的 templatized base class（模板化基类）继承，如果这个概念把你弄得有点糊涂，不必难受。它最开始对每一个人都有这种影响。然而，它发展成如此有用的一项技术，它有一个名字，虽然它正常看上去所反映的事实并不是他们第一次看到它的样子。它被称作 curiously recurring template pattern（奇特的递归模板模式） (CRTP)。真的。
在这一点上，我发表了一篇文章建议一个更好的名字叫做 "Do It For Me"，因为当 Widget 从 NewHandlerSupport<Widget> 继承时，它其实是在说：“我是 Widget，而我要从针对 Widget 的 NewHandlerSupport class 继承。”没有人使用我提议的名字（甚至是我自己），但是把 CRTP 考虑成说 "do it for me" 的一种方式也许会帮助你理解 templatized inheritance（模板化继承）在做些什么。
像 NewHandlerSupport 这样的 templates 使得为任何有需要的 class 添加一个 class-specific new-handler 变得易如反掌。然而，mixin-style inheritance（混合风格继承）总是会导致 multiple inheritance（多继承）的话题，而在我们沿着这条路走下去之前，你需要阅读《C++箴言：谨慎使用多继承》。
直到 1993 年，C++ 还要求 operator new 不能分配被请求的内存时要返回 null。operator new 现在则被指定抛出一个 bad_alloc exception，但是很多 C++ 程序是在编译器开始支持这个修订标准之前写成的。C++ 标准化委员会不想遗弃这些 test-for-null（检验是否为 null）的代码基础，所以他们提供了 operator new 的另一种可选形式，用以提供传统的 failure-yields-null（失败导致 null）的行为。这些形式被称为 "nothrow" 形式，这在一定程度上是因为它们在使用 new 的地方使用了 nothrow objects（定义在头文件 <new> 中）：
class Widget { ... };
Widget *pw1 = new Widget; // throws bad_alloc if
// allocation fails
if (pw1 == 0) ... // this test must fail
Widget *pw2 =new (std::nothrow) Widget; // returns 0 if allocation for
// the Widget fails
if (pw2 == 0) ... // this test may succeed
对于异常，nothrow new 提供了比最初看上去更少的强制保证。在表达式 "new (std::nothrow) Widget" 中，发生了两件事。首先，operator new 的 nothrow 版本被调用来为一个 Widget object 分配足够的内存。如果这个分配失败，众所周知，operator new 返回 null pointer。然而，如果它成功了，Widget constructor 被调用，而在此刻，所有打的赌都失效了。Widget constructor 能做任何它想做的事。它可能自己 new 出来一些内存，而如果它这样做了，它并没有被强迫使用 nothrow new。那么，虽然在 "new (std::nothrow) Widget" 中调用的 operator new 不会抛出，Widget constructor 却可以。如果它这样做了，exception 像往常一样被传播。结论？使用 nothrow new 只能保证 operator new 不会抛出，不能保证一个像 "new (std::nothrow) Widget" 这样的表达式绝不会导致一个 exception。在所有的可能性中，你最好绝不需要 nothrow new。
无论你是使用 "normal"（也就是说，exception-throwing）new，还是它的稍微有些矮小的堂兄弟，理解 new-handler 的行为是很重要的，因为它可以用于两种形式。
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