C++进阶_Effective_C++第三版(八) 定制new和delete Customizing new and delete

定制new和delete

Customizing new and delete
多线程环境下的内存管理，比单线程系统更加复制，由于heap是一个可被改动的全局性资源，因此多线程系统访问这一类资源的竞速状态出现机会。使用无锁算法或精心防止并发访问时，调用内存可能很容易导致管理heap的数据结构内容出错。

49、了解new-handler的行为

Understand the behavior of the new-handler.
当operator new无法满足某一内存分配需求时，它会派出异常，以前会返回一个null指针。新式的编译器支持，在未获满足的内存需求之前，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，那是声明于的一个标准程序库函数：

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

new_handler是个typedef，定义出一个指针指向函数，该函数没有参数也不返回任何东西。set_new_handler则是“获得一个new_handler并返回一个new_handler的函数”。set_new_handler声明式尾端“throw()”是一份异常明细，表示该函数不抛出任何异常。set_new_handler的参数是个指针，指向operator new无法分配足够内存时候被调用的函数。其返回值也是个指针，指向set_new_handler被调用前正在执行的那个new_handler函数。可以如下使用：

void outOfMem()
{
	std::cerr<<”Unable to satisfy request for memory\n”;
	std::abort();
}
int main()
{
	std::set_new_handler(outOfMem);
	int* pBigDataArray = new int[100000000L];
	…
}

上述程序申请空间失败后调用outOfMem，打印输出后结束程序。
new_handler函数设计的几点要求：让更多的内存可被使用，安装另一个new_handler，卸除new_handler（将null指针传给set_new_handler）。不返回，通常调用abort或exit。
C++的operator new在旧版本无法分配足够内存时返回null，新版本的是抛出bad_alloc异常，考虑到兼容性问题，提供另一种机制实现分配失败返回null。被称为nothrow形式：

class Widget{		};
Widget* pw1 = new Widget; 			//分配失败抛出bad_alloc
if(pw1 == 0)	…						//这个测试一定失败
Widget* pw2 = new (std::nothrow) Widget; //如果分配失败，返回0
if(pw2 == 0)	…						//这个测试可能成功

nothrow new对异常的强制保证性并不高，因为在表达式中发生两件事，第一nothrow版的operator new被调用，用以分配足够内存给Widget对象。如果分配失败便返回null指针，第二如果分配成功，Widget构造函数会被调用，此时Widget构造函数内如果有new一些内存，无法强迫它再次使用nothrow new。

• 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。
• Nothrow new是一个颇为局限的工具，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。

50、了解new和delete的合理替换时机

Understand when it makes sense to replace new and delete.
写一个定制型operator new和operator delete如下:

static const int signature = 0xDEADBEEF;
typedef unsigned char Byte;
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
	using namespace std;
	size_t realSize = size+2*sizeof(int);//增加大小，使能够塞入两个signature
	void *pMem = malloc(realSize);
	if(!pMem) throw bad_alloc();
	//将signature写入内存的最前段落和最后段落
	*( static_cast< int *>(pMem)) = signature;
	*(reinterpret_cast<int *>( static_cast< Byte *>(pMem)+realSize-sizeof(int))) = signature;
	return static_cast< Byte *>(pMem) + sizeof(int);
}

替换编译器提供的operator new和operator delete理由：
用来检测运用上的错误：如果将new所得内存delete掉却不幸失败，会导致内存泄漏，如果new所得内存身上多次delete则会导致不确定行为等。
为了强化效能：编译器版本所带的operator new和operator delete主要用于一般目的，不但可被长时间执行的程序接受，也可被执行时间少于一秒的程序接受，而且还包括大块内存，小块内存，大小混合型内存等等，编译器版本采取的是中庸之道，对于每个需求都是适度的好。
为了收集使用上的统计数据：在使用分配内存之前，应该先收集软件如何使用其动态内存。分配区块的大小如何分布，使用寿命，哪种次序来分配和归还等。
为了增加分配和归还的速度：泛用性分配器往往比定制型分配器慢，特别是当定制型分配器专门针对某特定类型的对象而设计时。
为了降低缺省内存管理器带来的空间额外开销：泛用性内存管理器往往不只比定制型慢，它们往往还使用更多内存，因为它们常常在每个分配区身上加一些额外开销。
为了弥补缺省分配器中的非最佳对齐：在x86体系结构上都是8-byte对齐的化doubles的访问最是快速。
为了将相关对象成簇集中：如果知道特定的某个数据结构往往被一起使用，且希望处理这些数据时将内存页错误的频率降至最低。这样可以将它们成簇集中在尽可能少的内存页上。
为了获得非传统的行为：如可能会希望分配和归还共享内存内的区块。

• 有许多理由需要写个自定的new和delete，包括改善效能、对heap运用错误进行调试、收集heap使用信息。

51、编写new和delete时需固守常规

Adhere to convention when writing new and delete.
对于定制型operator new和operator delete编写要遵守一些规则，最好的实现方式就是保持和原始的new和delete保持一致。
比如对于new，应该提供如果内存不足时必须调用new-handling函数，必须对零内存需求处理：

void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
	using namespace std;
	if (size == 0)
	{
		size = 1;
	}
	while(true)
	{
		//尝试分配size bytes;
		if(分配成功)
			return (一个指针，指向分配来的内存);
		//分配失败,找出目前的new-handling函数
		new_handler globalHandler = set_new_handler(0);
		set_new_handler(globalHandler);
		
		if (globalHandler)( *globalHandler)();
		else throw throw(std::bad_alloc);
	}
}
void operator delete(void *rawMemory) throw()
{
	if(rawMemory == 0) return;
	//归还rawMemory所指的内存
}

• 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专属版本则还应该处理比正确大小更大的错误申请。
• operator delete应该在收到null指针时不做任何事。Class专属版本则还应该处理比正确大小更大的错误申请。

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