C++解析-外传篇(3)：动态内存申请的结果

0.目录

1.动态内存申请一定成功吗？

2.new_handler() 函数

3.小结

1.动态内存申请一定成功吗？

问题：

动态内存申请一定成功吗？

常见的动态内存分配代码：

C代码：



C++代码：

必须知道的事实！

• malloc函数申请失败时返回NULL值
• new关键字申请失败时（根据编译器的不同）
  1. 返回NULL值
  2. 抛出 std::bad_alloc 异常

问题：

new语句中的异常是怎么抛出来的？

new关键字在C++规范中的标准行为：

• 在堆空间申请足够大的内存
  1. 成功：
     1. 在获取的空间中调用构造函数创建对象
     2. 返回对象的地址
  2. 失败：
     1. 抛出 std::bad_alloc 异常
• new在分配内存时
  1. 如果空间不足，会调用全局的 new_handler() 函数
  2. new_handler() 函数中抛出 std::bad_alloc 异常
• 可以自定义 new_handler() 函数
  1. 处理默认的new内存分配失败的情况

2.new_handler() 函数

new_handler() 的定义和使用：

问题：

如何跨编译器统一 new 的行为，提高代码移植性？

解决方案：

• 全局范围（不推荐）
  1. 重新定义 new / delete 的实现，不抛出任何异常
  2. 自定义 new_handler() 函数，不抛出任何异常
• 类层次范围
  1. 重载 new / delete，不抛出任何异常
• 单次动态内存分配
  1. 使用 nothrow 参数，指明 new 不抛出异常

示例1——证明存在 new_handler() 函数：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class Test
{
    int m_value;
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;

        m_value = 0;
    }

    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }

    void* operator new (unsigned long size)
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;

        // return malloc(size);

        return NULL;
    }

    void operator delete (void* p)
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;

        free(p);
    }

    void* operator new[] (unsigned long size)
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;

        return malloc(size);
    }

    void operator delete[] (void* p)
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;

        free(p);
    }
};

void my_new_handler()
{
    cout << "void my_new_handler()" << endl;
}

void ex_func_1()
{
    new_handler func = set_new_handler(my_new_handler);

    try
    {
        cout << "func = " << func << endl;

        if( func )
        {
            func();
        }
    }
    catch(const bad_alloc&)
    {
        cout << "catch(const bad_alloc&)" << endl;
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ex_func_1();

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
test.cpp: In static member function ‘static void* Test::operator new(long unsigned int)’:
test.cpp:28: warning: ‘operator new’ must not return NULL unless it is declared ‘throw()’ (or -fcheck-new is in effect)
[root@bogon Desktop]# ./a.out
func = 0

（在g++编译器中没有设置这个全局的 new_handler() 函数，bcc编译器中实现了这个全局的 new_handler() 函数。）

示例2——动态内存申请失败的结果：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class Test
{
    int m_value;
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;

        m_value = 0;
    }

    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }

    void* operator new (unsigned long size)
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;

        // return malloc(size);

        return NULL;
    }

    void operator delete (void* p)
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;

        free(p);
    }

    void* operator new[] (unsigned long size)
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;

        return malloc(size);
    }

    void operator delete[] (void* p)
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;

        free(p);
    }
};

void ex_func_2()
{
    Test* pt = new Test();

    cout << "pt = " << pt << endl;

    delete pt;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ex_func_2();

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
test.cpp: In static member function ‘static void* Test::operator new(long unsigned int)’:
test.cpp:28: warning: ‘operator new’ must not return NULL unless it is declared ‘throw()’ (or -fcheck-new is in effect)
[root@bogon Desktop]# ./a.out
operator new: 4
Test()
Segmentation fault (core dumped)

（g++编译器中报错：段错误。不同的编译器报错信息不同。）

示例3——统一不同编译器动态内存申请失败后的行为：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class Test
{
    int m_value;
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;

        m_value = 0;
    }

    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }

    void* operator new (unsigned long size) throw()
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;

        // return malloc(size);

        return NULL;
    }

    void operator delete (void* p)
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;

        free(p);
    }

    void* operator new[] (unsigned long size) throw()
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;

        // return malloc(size);

        return NULL;
    }

    void operator delete[] (void* p)
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;

        free(p);
    }
};

void ex_func_2()
{
    Test* pt = new Test();

    cout << "pt = " << pt << endl;

    delete pt;

    pt = new Test[5];

    cout << "pt = " << pt << endl;

    delete[] pt;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ex_func_2();

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
operator new: 4
pt = 0
operator new[]: 28
pt = 0

显示的调用析构函数

示例4——让编译器申请失败后返回空指针而不是抛出异常：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

class Test
{
    int m_value;
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;

        m_value = 0;
    }

    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }

    void* operator new (unsigned long size) throw()
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;

        // return malloc(size);

        return NULL;
    }

    void operator delete (void* p)
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;

        free(p);
    }

    void* operator new[] (unsigned long size) throw()
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;

        // return malloc(size);

        return NULL;
    }

    void operator delete[] (void* p)
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;

        free(p);
    }
};

void ex_func_3()
{
    int* p = new(nothrow) int[10];

    // ... ...

    delete[] p; 

    int bb[2] = {0};

    struct ST
    {
        int x;
        int y;
    };

    ST* pt = new(bb) ST(); // new():在指定空间上创建对象

    pt->x = 1;
    pt->y = 2;

    cout << bb[0] << endl;
    cout << bb[1] << endl;

    pt->~ST(); // 显示的调用析构函数
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ex_func_3();

    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
1
2

实验结论：

• 不是所有的编译器都遵循C++的标准规范
• 编译器可能重定义 new 的实现，并在实现中抛出 bad_alloc 异常
• 编译器的默认实现中，可能没有设置全局的 new_handler() 函数
• 对于移植性要求较高的代码，需要考虑 new 的具体细节

3.小结

• 不同的编译器在动态内存分配上的实现细节不同
• malloc 函数在内存申请失败时返回NULL值
• new 关键字在内存申请失败时
  1. 可能返回NULL值
  2. 可能抛出 bad_alloc 异常