Effective C++ 读书笔记 Item51 new和delete时请遵循惯例

朱雀 2020-07-07 14:49 645阅读 0赞

Item 50介绍了如何自定义`new`和`delete`但没有解释你必须遵循的惯例， 这些惯例中有些并不直观，所以你需要记住它们！

*  operator new需要无限循环地获取资源，如果没能获取则调用”new handler”，不存在”new handler”时应该抛出异常；
 *  operator new应该处理size == 0的情况；
 *  operator delete应该兼容空指针；
 *  operator new/delete作为成员函数应该处理size > sizeof(Base)的情况（因为继承的存在）。

# 外部operator new #

Item 49指出了如何将operator new重载为类的成员函数，在此我们先看看如何实现一个外部（非成员函数）的operator new： operator new应当有正确的返回值，在内存不足时应当调用”new handler”，请求申请大小为0的内存时也可以正常执行，避免隐藏全局的（”normal form”）new。

*  给出返回值很容易。当内存足够时，返回申请到的内存地址；当内存不足时，根据Item 49描述的规则返回空或者抛出bad\_alloc异常。
 *  每次失败时调用”new handler”，并重复申请内存却不太容易。只有当”new handler”为空时才应抛出异常。
 *  申请大小为零时也应返回合法的指针。允许申请大小为零的空间确实会给编程带来方便。

考虑到上述目标，一个非成员函数的`operator new`大致实现如下：

void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
        if(size == 0) size = 1;
        while(true){
            // 尝试申请
            void *p = malloc(size);
     
            // 申请成功
            if(p) return p;
     
            // 申请失败，获得new handler
            new_handler h = set_new_handler(0);
            set_new_handler(h);
     
            if(h) (*h)();
            else throw bad_alloc();
        }
    }

*  size == 0时申请大小为1看起来不太合适，但它非常简单而且能正常工作。况且你不会经常申请大小为0的空间吧？
 *  两次set\_new\_handler调用先把全局”new handler”设置为空再设置回来，这是因为无法直接获取”new handler”，多线程环境下这里一定需要锁。
 *  while(true)意味着这可能是一个死循环。所以Item 49提到，”new handler”要么释放更多内存、要么安装一个新的”new handler”，如果你实现了一个无用的”new handler”这里就是死循环了。

# 成员operator new #

重载`operator new`为成员函数通常是为了对某个特定的类进行动态内存管理的优化，而不是用来给它的子类用的。 因为在实现`Base::operator new()`时，是基于对象大小为`sizeof(Base)`来进行内存管理优化的。

> 当然，有些情况你写的`Base::operator new`是通用于整个class及其子类的，这时这一条规则不适用。

class Base{
    public:
        static void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
    };
    class Derived: public Base{...};
     
    Derived *p = new Derived;       // 调用了 Base::operator new ！

子类继承`Base::operator new()`之后，因为当前对象不再是假设的大小，该方法不再适合管理当前对象的内存了。 可以在`Base::operator new`中判断参数`size`，当大小不为`sizeof(Base)`时调用全局的`new`：

void *Base::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
        if(size != sizeof(Base)) return ::operator new(size);
        ...
    }

上面的代码没有检查size == 0！这是C++神奇的地方，大小为0的独立对象会被插入一个char（见Item 39）。 所以sizeof(Base)永远不会是0，所以size == 0的情况交给::operator new(size)去处理了。

这里提一下operator new\[\]，它和operator new具有同样的参数和返回值， 要注意的是你不要假设其中有几个对象，以及每个对象的大小是多少，所以不要操作这些还不存在的对象。因为：

1.  你不知道对象大小是什么。上面也提到了当继承发生时`size`不一定等于`sizeof(Base)`。
2.  `size`实参的值可能大于这些对象的大小之和。因为Item 16中提到，数组的大小可能也需要存储。

# 外部operator delete #

相比于`new`，实现`delete`的规则要简单很多。唯一需要注意的是C++保证了`delete`一个`NULL`总是安全的，你尊重该惯例即可。

同样地，先实现一个外部（非成员）的`delete`：

void operator delete(void *rawMem) throw(){
        if(rawMem == 0) return; 
        // 释放内存
    }

# 成员operator delete #

成员函数的delete也很简单，但要注意如果你的`new`转发了其他`size`的申请，那么`delete`也应该转发其他`size`的申请。

class Base{
    public:
        static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
        static void operator delete(void *rawMem, std::size_t size) throw();
    };
    void Base::operator delete(void *rawMem, std::size_t size) throw(){
        if(rawMem == 0) return;     // 检查空指针
        if(size != sizeof(Base)){
            ::operator delete(rawMem);
        }
        // 释放内存
    }

> 注意上面的检查的是`rawMem`为空，`size`是不会为空的。

其实`size`实参的值是通过调用者的类型来推导的（如果没有虚析构函数的话）：

Base *p = new Derived;  // 假设Base::~Base不是虚函数
    delete p;               // 传入`delete(void *rawMem, std::size_t size)`的`size == sizeof(Base)`。

如果`Base::~Base()`声明为`virtual`，则上述`size`就是正确的`sizeof(Derived)`。 这也是为什么Item 7指出析构函数一定要声明`virtual`。