Effective C++ 规则49：了解 new-handler 的行为

1、背景

在 C++ 中，new 运算符用于动态分配内存。然而，当内存分配失败时，程序默认会抛出一个 std::bad_alloc 非常。为了更灵活地处置惩罚这种情况，C++ 提供了一种机制，允许开发者自定义内存分配失败时的行为。这就是 new-handler 机制的作用。new-handler 是一种回调函数，当 new 操作符无法分配内存时，运行时系统会调用这个回调函数。通过设置自定义的 new-handler，开发者可以在内存分配失败时执行一些特定的操作，比方：

• 释放未利用的内存。
  
• 记录错误日志。
  
• 实验再次分配内存。
  
• 终止程序或采取其他恢复措施。
  new-handler 的设计使程序可以大概优雅地应对内存分配失败，而不是直接瓦解。
  

2、怎样利用new-handler

C++ 提供了两个与 new-handler 相干的标准函数：

• std::set_new_handler，用于设置全局的 new-handler 函数，定义在头文件 中。
  
• std::new_handler，是一个函数指针，指向当前的 new-handler，以下是 std::set_new_handler 的函数署名：
  

1. #include <new>
2. std::new_handler std::set_new_handler(std::new_handler new_p) noexcept;

复制代码

• 参数：new_p 是指向新的 new-handler 函数的指针。
  
• 返回值：返回之前设置的 new-handler。
  
• 非常保证：此函数不抛出任何非常。
  

3、示例代码

以下是一个完整示例，展示怎样利用 std::set_new_handler 设置自定义的 new-handler。

1. #include <iostream>
2. #include <new> // std::set_new_handler
3. #include <cstdlib> // std::abort
5. // 自定义 new-handler 函数
6. void myNewHandler() {
7.     std::cerr << "Memory allocation failed. Attempting to recover..." << std::endl;
9.     // 可以选择释放资源或记录日志
10.     // 示例：直接终止程序
11.     std::abort();
12. }
14. int main() {
15.     // 设置全局的 new-handler
16.     std::set_new_handler(myNewHandler);
18.     try {
19.         // 故意尝试分配超大内存
20.         size_t size = static_cast<size_t>(-1);
21.         int* p = new int[size];
22.         delete[] p;
23.     } catch (const std::bad_alloc& e) {
24.         std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
25.     }
27.     return 0;
28. }

复制代码

输出效果：Memory allocation failed. Attempting to recover…
由于，当 new 运算符无法分配内存时，运行时调用了自定义的 myNewHandler，打印错误信息并终止程序。如果未设置 new-handler，程序默认会抛出 std::bad_alloc 非常。
有时，我们可能盼望为某个特定的类设置专属的 new-handler，而不是全局见效。这可以通过类的静态成员函数实现，代码如下：

1. #include <iostream>
2. #include <new>
3. #include <cstdlib>
5. class Widget {
6. public:
7.     // 设置类专属的 new-handler
8.     static void setNewHandler(std::new_handler p) noexcept {
9.         currentHandler = p;
10.     }
12.     // 重载 operator new，使用类专属的 new-handler
13.     static void* operator new(size_t size) {
14.         std::new_handler oldHandler = std::set_new_handler(currentHandler);
15.         void* mem;
16.         try {
17.             mem = ::operator new(size);
18.         } catch (...) {
19.             std::set_new_handler(oldHandler); // 恢复旧的 handler
20.             throw; // 继续抛出异常
21.         }
22.         std::set_new_handler(oldHandler); // 恢复旧的 handler
23.         return mem;
24.     }
26. private:
27.     static std::new_handler currentHandler;
28. };
30. // 定义静态成员
31. std::new_handler Widget::currentHandler = nullptr;
33. // 自定义 new-handler
34. void customNewHandler() {
35.     std::cerr << "Widget allocation failed. Cleaning up..." << std::endl;
36.     std::abort();
37. }
39. int main() {
40.     Widget::setNewHandler(customNewHandler);
42.     try {
43.         // 尝试分配超大内存
44.         Widget* w = new Widget[static_cast<size_t>(-1)];
45.         delete[] w;
46.     } catch (const std::bad_alloc& e) {
47.         std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
48.     }
50.     return 0;
51. }

复制代码

4、利用new-handler的注意事项

• 确保 new-handler 是无非常的：new-handler 必须是 noexcept 函数。如果 new-handler 抛出非常，标准库会调用 std::terminate。
  
• 处置惩罚恢复逻辑：在 new-handler 中，实验释放未利用的内存或其他资源，尽量制止直接终止程序。
  
• 制止递归调用：如果在 new-handler 中实验再次分配内存，可能导致递归调用 new-handler，最终导致程序瓦解。
  
• 线程安全性：std::set_new_handler 会影响全局的 new-handler，因此在多线程情况下利用时须要格外小心。
  

5、总结

new-handler 是 C++ 提供的一种强盛的机制，允许开发者在内存分配失败时定制处置惩罚逻辑。通过全局或类专属的 new-handler，程序可以优雅地应对内存不敷的情况。只管如此，new-handler 的利用须要谨慎。公道地释放资源、制止递归调用以及处置惩罚非常是实现一个可靠 new-handler 的关键。

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