Item 51:写new和delete时请遵循惯例 Effective C++笔记

C++ 内存 异常 指针 数组 线程 继承 动态内存 成员函数 析构函数

Item 51: Adhere to convention when writing new and delete.

Item 50介绍了如何自定义newdelete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 newoperator 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

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