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  • 《Effective C++》第8章 定制new和delete-读书笔记

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    《Effective C++》第2章 构造/析构/赋值运算(1)-读书笔记

    《Effective C++》第2章 构造/析构/赋值运算(2)-读书笔记

    《Effective C++》第3章 资源管理(1)-读书笔记

    《Effective C++》第3章 资源管理(2)-读书笔记

    《Effective C++》第4章 设计与声明(1)-读书笔记

    《Effective C++》第4章 设计与声明(2)-读书笔记

    《Effective C++》第5章 实现-读书笔记

    《Effective C++》第8章 定制new和delete-读书笔记


    条款49:了解new-handler的行为

    当operator new无法满足某一内存分配需求时,它会抛出异常,当其抛出异常以反应一个未获满足的内存需求之前,会先调用一个客户指定的错误处理函数,一个所谓的new-handler。为了指定这个“用以处理内存不足”的函数,客户必须调用set_new_handler。

    namespace std
    {
        typedef void (*new_handler)();
        new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();
    }

    说明:

    (1)set_new_handler是声明于<new>的一个标准库函数。

    (2)throw()是一份异常明细,表示该函数不抛出任何异常。

    (3)形参p指向operator new无法分配足够内存时该被调用的函数,返回指针指向set_new_handler被调用前正在执行(但马上就要被替换)的那个new-handler函数。

    (4)set_new_handler的例子:

    void OutOfMem()
    {
        cerr << "Unable to satisfy request for memory" << endl;
        abort();
    }
    int main()
    {
        set_new_handler(OutOfMem);
        int *ptr = new int[100000000L];
    
        return 0;
    }

    (5)当operator new无法满足内存申请时,它会不断调用new-handler函数,直到找到足够内存。

    1、一个设计良好的new-handler函数必须做以下事情:

    (1)让更多内存被使用。

    这可能使得operator new中下一次内存分配的尝试成功。实现这一策略的一个方法是在程序启动时分配一大块内存,然后在new-handler第一次被调用时释放它供程序使用。

    (2)安装另一个new-handler。

    如果当前的new-handler不能做到使更多的内存可用,或许它知道有一个不同的 new-handler 可以做到。

    (3)卸载new-handler。

    即将空指针传给set_new_handler,当内存分配不成功时,operator new将抛出一个异常。

    (4)抛出bad_alloc(或派生自bad_alloc)的异常。

    这样的异常不会被operator new捕获,因此会被传播到内存请求的地方。

    (5)不返回。

    通常调用abort或exit。

    2、以不同方式处理分配内存失败

    只要让每一个class提供set_new_handler和operator new的自己的版本即可。operator new无法分配足够内存时应抛出bad_alloc异常,但也可能返回null(传统形式仍然保留),这种传统形式称为“nothrow”。

    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

    请记住:

    (1)set_new_handler允许客户指定一个函数,在内存分配无法获得满足时被调用。

    (2)nothrow new是一个局限的工具,因为它只适用于内存分配,后继的构造函数调用还是可能抛出异常。

    ———————————————————————————————————————————————————————

    条款50:了解new和delete的合理替换时机

    为什么有些人想要替换编译器提供的operator new或operator delete 版本呢?原因有:

    (1)为了检测运用错误;(2)为了收集动态分配内存之使用统计信息;(3)为了增加分配和归还的速度;(4)为了降低缺省内存管理器带来的空间额外开销;(5)为了弥补缺省分配器中的非最佳对齐;(6)为了将相关对象成簇集中;(7)为了获得非传统的行为。

    ———————————————————————————————————————————————————————

    条款51:编写new和delete时需固守常规

    1、operator new

    实现一致性operator new需要考虑:

    (1)必须返回正确的值,内存不足时调用new-handling函数。

    (2)必须有对付0内存需求的准备。

    (3)避免不慎掩盖正常形式的new。

    下面分别说明:

    (1)如果operator new有能力供应客户申请的内存,就返回一个指针指向那块内存,如果没有就抛出一个bad_alloc异常。

    注意:只有当指向new-handling函数的指针是null,operator new才会抛出异常。

    (2)即使客户要求0bytes,operator new也要返回一个合法指针,这种行为是为了简化语言其他部分。下面是个operator new伪码:

    void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
    {                                            // your operator new might
        using namespace std;                    // take additional params
        if (size == 0) {                        // handle 0-byte requests
            size = 1;                            // by treating them as 1-byte requests
        }
        while (true) {
            attempt to allocate size bytes;
            if (the allocation was successful)
                return (a pointer to the memory);
            // allocation was unsuccessful; find out what the
            // current new-handling function is (see below)
            new_handler globalHandler = set_new_handler(0);
            set_new_handler(globalHandler);
            if (globalHandler) (*globalHandler)();
            else throw std::bad_alloc();
        }
    }

    说明:

    1)把0bytes申请量视为1byte申请量,毕竟客户多久才会发出一个0bytes申请。

    2)将new-handling函数指针设为null而后又立即恢复原样,是因为没有办法可以直接取得new-handling函数指针,所以必须调用set_new_handler找出它来。这种做法在单线程环境下有效,多线程环境下或许需要某种锁以便安全处置new-handling函数背后的数据结构。

    下面考虑operator new成员函数被继承会发生什么情况:

    如果Base class专属的operator new并非被设计用来处理上述情况。最佳做法是采用标准operator new:

    void * Base::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
    {
        if (size != sizeof(Base))  // if size is "wrong,"
            return ::operator new(size) ; // have standard operator
        // new handle the request
        ... // otherwise handle
            // the request here
    }

    2、operator delete

    C++保证“删除null指针永远安全”,所以你必须兑现这项保证。

    class Base { // same as before, but now
    public: // operator delete is declared
        static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
        static void operator delete(void *rawMemory, std::size_t size) throw();
        ...
    };
    void Base::operator delete(void *rawMemory, std::size_t size) throw()
    {
        if (rawMemory == 0) return; // check for null pointer
        if (size != sizeof(Base)) {  // if size is "wrong,"
            ::operator delete(rawMemory);  // have standard operator
            return;  // delete handle the request
        }
        deallocate the memory pointed to by rawMemory;
        return;
    }

    请记住:

    (1)operator new应该内含一个无穷循环,并在其中尝试分配内存,如果它无法满足内存需求,就该调用new-handler。它也应该有能力处理0bytes申请。class专属版本还应该处理“比正确大小更大的(错误)申请”。

    (2)operator delete应该在收到null指针时不做任何事。class专属版本还应该处理“比正确大小更大的(错误)申请”。

    ———————————————————————————————————————————————————————

    条款52:写了placement new也要写placement delete

    当你写一个new表达式:

    Widget *pw = new Widget;

    共有两个函数被调用:第一个是operator new用于分配内存,第二个是Widget的default 构造函数。

    假设第一个调用成功,第二个调用导致抛出一个异常。那么在第1步中完成的内存分配必须被撤销,否则内存泄漏。但客户不可能回收这些内存,因为如果Widget的构造函数抛出一个异常,pw根本就没有被赋值。对于客户来说无法得到指向应该被回收的内存指针。所以撤销第1步的职责必然落在了C++ 运行时系统身上。C++ 运行时系统会调用第1步operator new相应的operator delete,但只有在它知道哪一个operator delete(可能有许多个)该被调用。

    (1)对于正常的operator new,运行时系统可以找到对应的operator delete。常规的operator new

    void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc);

    对应常规的operator delete:

    void operator delete(void *rawMemory) throw();                        // normal signature at global scope
    void operator delete(void *rawMemory, std::size_t size) throw();    // typical normal signature at class scope 

    (2)当声明operator new的非常规形式(带有额外参数)的时候,问题就出现了。假设编写了一个类专用的operator new,但编写了一个常规的operator delete:

    class Widget {
    public:
        ...
            static void* operator new(std::size_t size, // non-normal
            std::ostream& logStream)                    // form of new
            throw(std::bad_alloc);
        static void operator delete(void *pMemory    // normal class-
            std::size_t size) throw();                // specific form
                                                    // of delete
        ...
    };

    说明:如果operator new接受的参数除了size_t之外还有其他,称为placement new。比较有用的一个placement new版本是“接受一个指针指向对象该被构造之处”。

    void* operator new(std::size_t, void *pMemory) throw();

    考虑以下代码:

    Widget *pw = new (std::cerr) Widget; // call operator new, passing cerr as
                                        // the ostream; this leaks memory
                                        // if the Widget constructor throws

    如果内存分配成功,构造函数抛出异常。运行时系统寻找“参数个数和类型都与operator new相同”的某个operator delete,如果找到则调用。显然,这里没有找到,所以运行时系统无法取消分配的内存。对应于placement new的placement delete版本类似于:

    void operator delete(void *, std::ostream&) throw();

    然而如果构造函数没有抛出异常,客户代码为delete pw,调用的是正常形式的operator delete,而非placement版本。

    注意:只有在调用一个与placement new相关联的构造函数抛出异常,placement delete才会被调用。所以如果要处理所有与placement new相关的内存泄露,必须同时提供正常的operator delete和placement版本。

    另外需要注意的是,成员函数名称会掩盖其外围作用域中的相同名称,所以要避免让class专属的news遮盖客户期望的其他news(包括正常版本)。

    class Base {
    public:
        ...
            static void* operator new(std::size_t size, // this new hides the normal global forms
            std::ostream& logStream) 
            throw(std::bad_alloc); 
        ...
    };
    Base *pb = new Base;                // error! the normal form of
                                        // operator new is hidden
    Base *pb = new (std::cerr) Base;    // fine, calls Base's
                                        // placement new

    同样道理,derived classes中的operator news会遮盖globle版本和继承而得到的operator new。

    class Derived: public Base {                        // inherits from Base above
    public:
        ...
            static void* operator new(std::size_t size) // redeclares the normal
            throw(std::bad_alloc);                        // form of new
        ...
    };
    Derived *pd = new (std::clog) Derived;    // error! Base's placement
                                            // new is hidden
    Derived *pd = new Derived;                // fine, calls Derived's
                                            // operator new

    对于撰写内存分配函数,需要注意的是,缺省情况下C++在globle作用域内提供的operator news形式:

    void* operator new(std::size_t) throw(std::bad_alloc); // normal new
    void* operator new(std::size_t, void*) throw(); // placement new
    void* operator new(std::size_t,                // nothrow new — see Item 49
        const std::nothrow_t&) throw();            

    如果你在class内声明任何operator news都会遮掩上述标准形式,除非你就是故意阻止客户使用这些形式。如果你希望这些函数可用,只要令你的class专属版本调用globle版本即可。

    class StandardNewDeleteForms {
    public:
        // normal new/delete
        static void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
        { return ::operator new(size); }
        static void operator delete(void *pMemory) throw()
        { ::operator delete(pMemory); }
        // placement new/delete
        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 ::operator delete(pMemory, ptr); }
        // nothrow new/delete
        static void* operator new(std::size_t size, const std::nothrow_t& nt) throw()
        { return ::operator new(size, nt); }
        static void operator delete(void *pMemory, const std::nothrow_t&) throw()
        { ::operator delete(pMemory); }
    };
    
    class Widget: public StandardNewDeleteForms {            // inherit std forms
    public:
        using StandardNewDeleteForms::operator new;            // make those
        using StandardNewDeleteForms::operator delete;        // forms visible
        static void* operator new(std::size_t size,             // add a custom
            std::ostream& logStream)                        // placement new
            throw(std::bad_alloc);
        static void operator delete(void *pMemory,            // add the corresponding placement delete
            std::ostream& logStream)                        
            throw(); 
        ...
    };

    请记住:

    (1)当你写operator new的placement版本时,确保同时编写operator delete相应的placement版本。否则,你的程序可能会发生微妙的,断续的内存泄漏。

    (2)当你声明new和delete的placement版本时,确保不会无意中覆盖这些函数的常规版本。

    ———————————————————————————————————————————————————————

    我感觉写的有点流水账。但其实每次拜读这本书感受都有点不同,比如有的问题,自己知道这样做肯定行,但是就是想不明白为什么这么麻烦着做。可能是没有经验吧。这篇总结,先记录到这里,我还要回顾修改的。看起来有点乱糟糟的。

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