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 异常。为了更灵活地处理这种情况,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,例如:
- 释放未使用的内存。
- 记录错误日志。
- 尝试再次分配内存。
- 终止程序或采取其他恢复措施。
new-handler 的设计使程序能够优雅地应对内存分配失败,而不是直接崩溃。
2、如何使用new-handler
C++ 提供了两个与 new-handler 相关的标准函数:
- 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 的函数签名:
#include <new>
std::new_handler std::set_new_handler(std::new_handler new_p) noexcept;
- 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。
- 异常保证:此函数不抛出任何异常。
3、示例代码
以下是一个完整示例,展示如何使用 std::set_new_handler 设置自定义的 new-handler。
#include <iostream>
#include <new> // std::set_new_handler
#include <cstdlib> // std::abort// 自定义 new-handler 函数
void myNewHandler() {std::cerr << "Memory allocation failed. Attempting to recover..." << std::endl;// 可以选择释放资源或记录日志// 示例:直接终止程序std::abort();
}int main() {// 设置全局的 new-handlerstd::set_new_handler(myNewHandler);try {// 故意尝试分配超大内存size_t size = static_cast<size_t>(-1);int* p = new int[size];delete[] p;} catch (const std::bad_alloc& e) {std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}
输出结果:Memory allocation failed. Attempting to recover…
因为,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 异常。
有时,我们可能希望为某个特定的类设置专属的 new-handler,而不是全局生效。这可以通过类的静态成员函数实现,代码如下:
#include <iostream>
#include <new>
#include <cstdlib>class Widget {
public:// 设置类专属的 new-handlerstatic void setNewHandler(std::new_handler p) noexcept {currentHandler = p;}// 重载 operator new,使用类专属的 new-handlerstatic void* operator new(size_t size) {std::new_handler oldHandler = std::set_new_handler(currentHandler);void* mem;try {mem = ::operator new(size);} catch (...) {std::set_new_handler(oldHandler); // 恢复旧的 handlerthrow; // 继续抛出异常}std::set_new_handler(oldHandler); // 恢复旧的 handlerreturn mem;}private:static std::new_handler currentHandler;
};// 定义静态成员
std::new_handler Widget::currentHandler = nullptr;// 自定义 new-handler
void customNewHandler() {std::cerr << "Widget allocation failed. Cleaning up..." << std::endl;std::abort();
}int main() {Widget::setNewHandler(customNewHandler);try {// 尝试分配超大内存Widget* w = new Widget[static_cast<size_t>(-1)];delete[] w;} catch (const std::bad_alloc& e) {std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}
4、使用new-handler的注意事项
- 确保 new-handler 是无异常的:new-handler 必须是 noexcept 函数。如果 new-handler 抛出异常,标准库会调用 std::terminate。
- 处理恢复逻辑:在 new-handler 中,尝试释放未使用的内存或其他资源,尽量避免直接终止程序。
- 避免递归调用:如果在 new-handler 中尝试再次分配内存,可能导致递归调用 new-handler,最终导致程序崩溃。
- 线程安全性:std::set_new_handler 会影响全局的 new-handler,因此在多线程环境下使用时需要格外小心。
5、总结
new-handler 是 C++ 提供的一种强大的机制,允许开发者在内存分配失败时定制处理逻辑。通过全局或类专属的 new-handler,程序可以优雅地应对内存不足的情况。尽管如此,new-handler 的使用需要谨慎。合理地释放资源、避免递归调用以及处理异常是实现一个可靠 new-handler 的关键。
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