Effective C++ 规则49：了解 new-handler 的行为

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1、背景

在 C++ 中，new 运算符用于动态分配内存。然而，当内存分配失败时，程序默认会抛出一个 std::bad_alloc 异常。为了更灵活地处理这种情况，C++ 提供了一种机制，允许开发者自定义内存分配失败时的行为。这就是 new-handler 机制的作用。new-handler 是一种回调函数，当 new 操作符无法分配内存时，运行时系统会调用这个回调函数。通过设置自定义的 new-handler，开发者可以在内存分配失败时执行一些特定的操作，例如：

释放未使用的内存。
记录错误日志。
尝试再次分配内存。
终止程序或采取其他恢复措施。
new-handler 的设计使程序能够优雅地应对内存分配失败，而不是直接崩溃。

2、如何使用new-handler

C++ 提供了两个与 new-handler 相关的标准函数：

std::set_new_handler，用于设置全局的 new-handler 函数，定义在头文件中。
std::new_handler，是一个函数指针，指向当前的 new-handler，以下是 std::set_new_handler 的函数签名：

#include <new>
std::new_handler std::set_new_handler(std::new_handler new_p) noexcept;

参数：new_p 是指向新的 new-handler 函数的指针。
返回值：返回之前设置的 new-handler。
异常保证：此函数不抛出任何异常。

3、示例代码

以下是一个完整示例，展示如何使用 std::set_new_handler 设置自定义的 new-handler。

#include <iostream>
#include <new> // std::set_new_handler
#include <cstdlib> // std::abort

// 自定义 new-handler 函数
void myNewHandler() {
    std::cerr << "Memory allocation failed. Attempting to recover..." << std::endl;

    // 可以选择释放资源或记录日志
    // 示例：直接终止程序
    std::abort();
}

int main() {
    // 设置全局的 new-handler
    std::set_new_handler(myNewHandler);

    try {
        // 故意尝试分配超大内存
        size_t size = static_cast<size_t>(-1);
        int* p = new int[size];
        delete[] p;
    } catch (const std::bad_alloc& e) {
        std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出结果：Memory allocation failed. Attempting to recover…
因为，当 new 运算符无法分配内存时，运行时调用了自定义的 myNewHandler，打印错误信息并终止程序。如果未设置 new-handler，程序默认会抛出 std::bad_alloc 异常。
有时，我们可能希望为某个特定的类设置专属的 new-handler，而不是全局生效。这可以通过类的静态成员函数实现，代码如下：

#include <iostream>
#include <new>
#include <cstdlib>

class Widget {
public:
    // 设置类专属的 new-handler
    static void setNewHandler(std::new_handler p) noexcept {
        currentHandler = p;
    }

    // 重载 operator new，使用类专属的 new-handler
    static void* operator new(size_t size) {
        std::new_handler oldHandler = std::set_new_handler(currentHandler);
        void* mem;
        try {
            mem = ::operator new(size);
        } catch (...) {
            std::set_new_handler(oldHandler); // 恢复旧的 handler
            throw; // 继续抛出异常
        }
        std::set_new_handler(oldHandler); // 恢复旧的 handler
        return mem;
    }

private:
    static std::new_handler currentHandler;
};

// 定义静态成员
std::new_handler Widget::currentHandler = nullptr;

// 自定义 new-handler
void customNewHandler() {
    std::cerr << "Widget allocation failed. Cleaning up..." << std::endl;
    std::abort();
}

int main() {
    Widget::setNewHandler(customNewHandler);

    try {
        // 尝试分配超大内存
        Widget* w = new Widget[static_cast<size_t>(-1)];
        delete[] w;
    } catch (const std::bad_alloc& e) {
        std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

4、使用new-handler的注意事项

确保 new-handler 是无异常的：new-handler 必须是 noexcept 函数。如果 new-handler 抛出异常，标准库会调用 std::terminate。
处理恢复逻辑：在 new-handler 中，尝试释放未使用的内存或其他资源，尽量避免直接终止程序。
避免递归调用：如果在 new-handler 中尝试再次分配内存，可能导致递归调用 new-handler，最终导致程序崩溃。
线程安全性：std::set_new_handler 会影响全局的 new-handler，因此在多线程环境下使用时需要格外小心。

5、总结

new-handler 是 C++ 提供的一种强大的机制，允许开发者在内存分配失败时定制处理逻辑。通过全局或类专属的 new-handler，程序可以优雅地应对内存不足的情况。尽管如此，new-handler 的使用需要谨慎。合理地释放资源、避免递归调用以及处理异常是实现一个可靠 new-handler 的关键。