49～52new和delete

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• 一、了解new-handler的行为
• 二、了解new和delete的合理替换时机
• 三、编写new和delete时需固守常规
• 四、写了placement new 也要写placement delete

一、了解new-handler的行为

• set_new_handler

namespace std{
    typedef void (*new_handler)();
    new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();//trhow()是一份异常明细，表示该函数不抛出任何异常
}

set_new_handlerd的参数是个指针，指向operator new无法分配足够内存时该被调用的函数。其返回值也是个指针，指向set_new_handler被调用前正在执行的那个new-handler函数。
当set_new_handler设置的函数中有分配内存的行为，若operator new 无法满足内存申请时，则会一直调用set_new_handler设置的函数，直到申请内存成功。

• 设计良好的new-handler应该做到哪些？
  • 让更多的内存可被使用
    让更多的内存可被使用，会使operator new 下一次内存申请成功。实现该策略的一个方法是：程序一开始就分配一大块内存，当new-handle第一次被调用时，将它们还给程序使用。
  • 安装另一个new-handelr
    目前的new-handelr无法获取更多的可用内存，安装另一个有此能力的new-handelr。或者让当前的new-handelr修改自己的行为，即修改static数据，namespace数据，或global数据。
  • 卸除new-handler
    将null传给set_new_handler。没有安装handler，则operater new 会在内存分配不成功时抛出异常。
  • 抛出bad_alloc（或派生自bad_alloc）的异常 这样的异常不会被operator new 捕捉，因此会被传播到内存索求处。
  • 不返回 通常调用abort或exit。
• 如何以不同的方式处理内存分配失败的情况?
  定义专属的operator new，如下：

class NewHandlerHolder{
public:
    explicit NewHandlerHolder(std::new_handle nh)
    : handler(nh){}
    ~NewHandlerHolder()
    {
        std::set_new_handler(handler);
    }
private:
    std::new_handler handler;
    NewHandlerHolder(const NewHandlerHolder&);
    NewHandlerHolder& operator=(const NewHandlerHolder&);
};

class Widget{
public: 
    static std::new_handler set_new_handler(std::new_handler p) throw();
    static void* operator new(std::size_t size) throw(bad_alloc);
private:
    static std::new_handler currentHandler;
};
std::new_handler Widget::currentHandler = 0;

std::new_handler Widget::set_new_handler(std::new_handler p) throw(){
    std::new_handler oldHandler = currentHandler;
    currentHandler = p;
    return oldHandler;
}

void* operator Widget::new(std::size_t size) throw(bad_alloc){
    NewHandlerHolder h(std::set_new_handler(currentHandler));
    return ::operator new(size); //指明调用全局的new，否则会调用Widget::new
}

• new *** 作符的查找规则：当new一个类型时，会现在该类型的作用域内查找new *** 作符，没有则在该类型的上一级作用域，直至全局作用域内的new——即标准的new。
• class专属之set_new_handler

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

template
void* NewHandlerSupport::operator Widget::new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
    NewHandlerHolder h(std::set_new_handler(currentHandler));
    return ::operator new(size); //指明调用全局的new，否则会调用Widget::new
}

template
std::new_handler NewHandlerSupport::currentHandler = 0;

class Widget:public NewHandlerSupport{
    ...
}

注意到NewHandlerSupport模板从未使用到模板参数T。将NewHandlerSupport定义为模板，实际是希望继承自NewHandlerSupport的每一个class类型都有一个独立的static成员变量currentHandler，因为最初就是希望每种类型都有自己的专属new_handler和operator new。T只是用来区分不同的derived classes。

• nothrow.
  • nothrow 是C++委员会为兼容之前new返回null的版本而设计的。
  • nothrow的缺陷：new (std::nothrow) Widget意味着new不抛异常，但是new申请内存成功后，执行构造函数可能会抛出异常，因为构造函数中可能使用的是抛出异常的new，所以nothrow的用处不大。

Widget* pw2 = new (std::nothrow) Widget; //不抛异常，如内存申请失败则返回nul

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二、了解new和delete的合理替换时机

• 用来检测运行上的错误
  • new所得内存delete掉却不幸失败会导致内存泄露
  • 在new所得内存身上多次delete则会导致不确定行为
  • 各式各样的错误会导致数据“overruns”（写入点在分配区块的尾端之后）或“underruns”（写入点在分配区块的起点之前）
    自定义operator new，便可以超额分配内存，以额外空间（位于客户所的区块之前或后）放置特定的bytw patterns（即签名，signatures）。operator deletes便可以检查上述签名是否原封不动，若否就表示在分配区的某个生命时间点发生了overrun或underrun，这时候operator delete记录那个事实以及惹事生非的指针。
• 为了强化效能
  编译器所带的new和delete主要用于一般目的：既可以被长时间执行的程序接受，也可以被少于1秒的程序接受，还要满足处理大块内存、小块内存、大小混合型内存等等，还要考虑破碎内存。因此效率上比较中庸，定制的new和delete性能胜过缺省版本，节省内存，最高可省50%。
• 为了收集使用上的统计数据
  定制new和delete可以收集到的信息：
  • 分配区块大小
  • 倾向于以FIFO或LIFO（后进先出）次序或随机次序来分配和归还
  • 在不同的执行阶段有不同的分配/归还形态么？
  • 任何时刻所使用的最大动态分配量的最高水位是多少

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三、编写new和delete时需固守常规

• C++规定，即使客户要求0 bytes，operator new 也得返回一个合法的指针。
• new 中包含着一个无限循环。如果new-handler不是设计良好的（如第一节所属），则该循环永远不会退出。
• 当operator new被继承时，Derived classed可能会采用base classes中的operator new，应为operator new只是针对Base classes的，应用到Derived classes会产生申请错误——Derived classes对象的内存更大，所以Base classes 中处理这种情况的最佳做法是：将派生类的创建交由::opertor new 处理。
• opertor delete应该在收到null指针时不做任何事。class 专属版本的delete同样需要处理上述Drived classes和Base classed 间的关系。
• 一般不需要重写new 和delete，需要考虑内存对齐等比较复杂的问题。有商业版本即开源的定制new和delete，如，boost库中提供的new和delete更适合分配大量小型对象，

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四、写了placement new 也要写placement delete

• placement new (带额外参数的new) 标准版本的operator new 中接受的参数除了有std::size_t之外还有其他参数。placement delete的定义同理。

    void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);                //标准版本
    void* operator new(std::size_t size, void* pMemory) throw(); //众多palcement版本中最有用的一个

• new时会进行两件事：1）申请内存；2）调用构造。若1）成功，2）失败，则需要运行期系统来释放内存，因为此时申请的内存还没有交到客户手上。
• 提供placement new，也许提供placement delete，否则运行期系统无法找到合适版本的delete，将导致内存泄漏。
• 提供了placement delete，若没有发生异常，delete 时调用的是标准版本的delete。placement delete 只有在“伴随placement new调用而出发的构造函数”出现异常时才会被调用。
• 避免class 专属的news 掩盖其外围作用域中的其他news（包括标准版本的new）。
• C++ 在global作用域中提供以下形式的operator new：

    void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc); 
    void* operator new(std::size_t, void* ) throw();
    void* operator new(std::size_t,const std::nothrow&) throw();

• 如何避免遮掩new 和 delete

//按如下方式可避免遮掩
class StandardNewDeleteForms{
public:
    static void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
       return ::operator new(size);    }
    static void* operator delete(void* pMemory) throw(){
       return ::delete(pMemory);     }
       
    static void* operator new(std::size_t size, void* ptr) throw(){
       return ::operator new(size, ptr);  }
    static void* operator delete(void* pMemory,void* ptr) throw(){
       return ::delete(pMemory, ptr);  }

    static void* operator new(std::size_t size, const std::nothrow& nt ) throw(){
     return ::operator new(size, ptr);}
    static void* operator delete(void* pMemory,const std::nothrow& nt) throw(){    
     return ::delete(pMemory, nt);}
};

class Widget : public StandardNewDeleteForms{
public:
    using StandardNewDeleteForms::operator new;
    using StandardNewDeleteForms::operator delete;
};