条款7：预先准备好内存不够的情况

条款7：预先准备好内存不够的情况

operator new在无法完成内存分配请求时会抛出异常(以前的做法一般是返回0，一些旧一点的编译器还这么做。你愿意的话也可以把你的编译器设置成这样。关于这个话题我将推迟到本条款的结尾处讨论)。大家都知道，处理内存不够所产生的异常真可以算得上是个道德上的行为，但实际做起来又会象刀架在脖子上那样痛苦。所以，你有时会不去管它，也许一直没去管它。但你心里一定还是深深地隐藏着一种罪恶感：万一new真的产生了异常怎么办？

你会很自然地想到处理这种情况的一种方法，即回到以前的老路上去，使用预处理。例如，c的一种常用的做法是，定义一个类型无关的宏来分配内存并检查分配是否成功。对于c++来说，这个宏看起来可能象这样：

#define new(ptr, type)		\
try { (ptr) = new type; }	\
catch (std::bad_alloc&) { assert(0); }

（“慢！std::bad_alloc是做什么的？”你会问。bad_alloc是operator new不能满足内存分配请求时抛出的异常类型，std是bad_alloc所在的名字空间(见条款28)的名称。“好！”你会继续问，“assert又有什么用？”如果你看看标准c头文件<assert.h>(或与它相等价的用到了名字空间的版本<cassert>，见条款49)，就会发现assert是个宏。这个宏检查传给它的表达式是否非零，如果不是非零值，就会发出一条出错信息并调用abort。assert只是在没定义标准宏ndebug的时候，即在调试状态下才这么做。在产品发布状态下，即定义了ndebug的时候，assert什么也不做，相当于一条空语句。所以你只能在调试时才能检查断言(assertion)）。

new宏不但有着上面所说的通病，即用assert去检查可能发生在已发布程序里的状态(然而任何时候都可能发生内存不够的情况)，同时，它还在c++里有另外一个缺陷：它没有考虑到new有各种各样的使用方式。例如，想创建类型t对象，一般有三种常见的语法形式，你必须对每种形式可能产生的异常都要进行处理：

new t;
new t(constructor arguments);
new t[size];

这里对问题大大进行了简化，因为有人还会自定义(重载)operator new，所以程序里会包含任意个使用new的语法形式。

那么，怎么办？如果想用一个很简单的出错处理方法，可以这么做：当内存分配请求不能满足时，调用你预先指定的一个出错处理函数。这个方法基于一个常规，即当operator new不能满足请求时，会在抛出异常之前调用客户指定的一个出错处理函数——一般称为new-handler函数。(operator new实际工作起来要复杂一些，详见条款8)

指定出错处理函数时要用到set_new_handler函数，它在头文件<new>里大致是象下面这样定义的：

typedef void (*new_handler)();
new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();

可以看到，new_handler是一个自定义的函数指针类型，它指向一个没有输入参数也没有返回值的函数。set_new_handler则是一个输入并返回new_handler类型的函数。

set_new_handler的输入参数是operator new分配内存失败时要调用的出错处理函数的指针，返回值是set_new_handler没调用之前就已经在起作用的旧的出错处理函数的指针。

可以象下面这样使用set_new_handler：

// function to call if operator new can't allocate enough memory
void nomorememory()
{
	cerr << "unable to satisfy request for memory\n";
	abort();
}


int main()
{
	set_new_handler(nomorememory);
	int *pbigdataarray = new int[100000000];

	...
	
}

假如operator new不能为100,000,000个整数分配空间，nomorememory将会被调用，程序发出一条出错信息后终止。这就比简单地让系统内核产生错误信息来结束程序要好。(顺便考虑一下，假如cerr在写错误信息的过程中要动态分配内存，那将会发生什么...)

operator new不能满足内存分配请求时，new-handler函数不只调用一次，而是不断重复，直至找到足够的内存。实现重复调用的代码在条款8里可以看到，这里我用描述性的的语言来说明：一个设计得好的new-handler函数必须实现下面功能中的一种。
·产生更多的可用内存。这将使operator new下一次分配内存的尝试有可能获得成功。实施这一策略的一个方法是：在程序启动时分配一个大的内存块，然后在第一次调用new-handler时释放。释放时伴随着一些对用户的警告信息，如内存数量太少，下次请求可能会失败，除非又有更多的可用空间。
·安装另一个不同的new-handler函数。如果当前的new-handler函数不能产生更多的可用内存，可能它会知道另一个new-handler函数可以提供更多的资源。这样的话，当前的new-handler可以安装另一个new-handler来取代它(通过调用set_new_handler)。下一次operator new调用new-handler时，会使用最近安装的那个。(这一策略的另一个变通办法是让new-handler可以改变它自己的运行行为，那么下次调用时，它将做不同的事。方法是使new-handler可以修改那些影响它自身行为的静态或全局数据。)
·卸除new-handler。也就是传递空指针给set_new_handler。没有安装new-handler，operator new分配内存不成功时就会抛出一个标准的std::bad_alloc类型的异常。
·抛出std::bad_alloc或从std::bad_alloc继承的其他类型的异常。这样的异常不会被operator new捕捉，所以它们会被送到最初进行内存请求的地方。(抛出别的不同类型的异常会违反operator new异常规范。规范中的缺省行为是调用abort，所以new-handler要抛出一个异常时，一定要确信它是从std::bad_alloc继承来的。想更多地了解异常规范，参见条款m14。)
·没有返回。典型做法是调用abort或exit。abort/exit可以在标准c库中找到(还有标准c++库，参见条款49)。

上面的选择给了你实现new-handler函数极大的灵活性。

处理内存分配失败的情况时采取什么方法，取决于要分配的对象的类：

class x {
public:
	static void 
	outofmemory();
	
	...
	
};

class y {
public:
	static void outofmemory();
	
	...
	
};

x* p1 = new x;	// 若分配成功，调用x::outofmemory
y* p2 = new y;	// 若分配不成功，调用y::outofmemory

c++不支持专门针对于类的new-handler函数，而且也不需要。你可以自己来实现它，只要在每个类中提供自己版本的set_new_handler和operator new。类的set_new_handler可以为类指定new-handler(就象标准的set_new_handler指定全局new-handler一样)。类的operator new则保证为类的对象分配内存时用类的new-handler取代全局new-handler。

假设处理类x内存分配失败的情况。因为operator new对类型x的对象分配内存失败时，每次都必须调用出错处理函数，所以要在类里声明一个new_handler类型的静态成员。那么类x看起来会象这样：

class x {
public:
	static new_handler set_new_handler(new_handler p);
	static void * operator new(size_t size);
	
private:
	static new_handler currenthandler;
};

类的静态成员必须在类外定义。因为想借用静态对象的缺省初始化值0，所以定义x::currenthandler时没有去初始化。

new_handler x::currenthandler;	//缺省设置currenthandler为0(即null)

类x中的set_new_handler函数会保存传给它的任何指针，并返回在调用它之前所保存的任何指针。这正是标准版本的set_new_handler所做的：

new_handler x::set_new_handler(new_handler p)
{
	new_handler oldhandler = currenthandler;
	currenthandler = p;
	return oldhandler;
}

最后看看x的operator new所做的：
1. 调用标准set_new_handler函数，输入参数为x的出错处理函数。这使得x的new-handler函数成为全局new-handler函数。注意下面的代码中，用了"::"符号显式地引用std空间(标准set_new_handler函数就存在于std空间)。

2. 调用全局operator new分配内存。如果第一次分配失败，全局operator new会调用x的new-handler，因为它刚刚(见1.)被安装成为全局new-handler。如果全局operator new最终未能分配到内存，它抛出std::bad_alloc异常，x的operator new会捕捉到它。x的operator new然后恢复最初被取代的全局new-handler函数，最后以抛出异常返回。

3. 假设全局operator new为类型x的对象分配内存成功，, x的operator new会再次调用标准set_new_handler来恢复最初的全局出错处理函数。最后返回分配成功的内存的指针。
c++是这么做的：

void * x::operator new(size_t size)
{
	new_handler globalhandler =		// 安装x的new_handler
 
		std::set_new_handler(currenthandler);
		
void *memory;

try { 	// 尝试分配内存
	memory = ::operator new(size);
}


catch (std::bad_alloc&) { 	// 恢复旧的new_handler
	std::set_new_handler(globalhandler); 
	throw;	// 抛出异常
}
	std::set_new_handler(globalhandler);	// 恢复旧的new_handler
	return memory;
}

如果你对上面重复调用std::set_new_handler看不顺眼，可以参见条款m9来除去它们。

使用类x的内存分配处理功能时大致如下：

void nomorememory();// x的对象分配内存失败时调用的new_handler函数的声明

x::set_new_handler(nomorememory);
		// 把nomorememory设置为x的
		// new-handling函数

你会注意到，处理以上类似情况，如果不考虑类的话，实现代码是一样的，这就很自然地想到在别的地方也能重用它们。正如条款41所说明的，继承和模板可以用来设计可重用代码。在这里，我们把两种方法结合起来使用，从而满足了你的要求。

你只要创建一个“混合风格”(mixin-style)的基类，这种基类允许子类继承它某一特定的功能——这里指的是建立一个类的new-handler的功能。之所以设计一个基类，是为了让所有的子类可以继承set_new_handler和operator new功能，而设计模板是为了使每个子类有不同的currenthandler数据成员。这听起来很复杂，不过你会看到代码其实很熟悉。区别只不过是它现在可以被任何类重用了。

template<class t>	// 提供类set_new_handler支持的
class newhandlersupport {	// 混合风格”的基类
public:
	static new_handler set_new_handler(new_handler p);
	static void * operator new(size_t size);

private:
	static new_handler currenthandler;
};

template<class t>
new_handler newhandlersupport<t>::set_new_handler(new_handler p)
{
	new_handler oldhandler = currenthandler;
	currenthandler = p;
	return oldhandler;
}

template<class t>
void * newhandlersupport<t>::operator new(size_t size)
{
	new_handler globalhandler =
		std::set_new_handler(currenthandler);
	void *memory;
	try {
		memory = ::operator new(size);
	}
	catch (std::bad_alloc&) {
		std::set_new_handler(globalhandler);
		throw;
	}
	
	std::set_new_handler(globalhandler);
	return memory;
}
// this sets each currenthandler to 0

template<class t>
new_handler newhandlersupport<t>::currenthandler;

有了这个模板类，对类x加上set_new_handler功能就很简单了：只要让x从newhandlersupport<x>继承：
// note inheritance from mixin base class template. (see
// my article on counting objects for information on why
// private inheritance might be preferable here.)
class x: public newhandlersupport<x> {

...		// as before, but no declarations for
};		// set_new_handler or operator new

使用x的时候依然不用理会它幕后在做些什么；老代码依然工作。这很好！那些你常不去理会的东西往往是最可信赖的。

使用set_new_handler是处理内存不够情况下一种方便，简单的方法。这比把每个new都包装在try模块里当然好多了。而且，newhandlersupport这样的模板使得向任何类增加一个特定的new-handler变得更简单。“混合风格”的继承不可避免地将话题引入到多继承上去，在转到这个话题前，你一定要先阅读条款43。

1993年前，c++一直要求在内存分配失败时operator new要返回0，现在则是要求operator new抛出std::bad_alloc异常。很多c++程序是在编译器开始支持新规范前写的。c++标准委员会不想放弃那些已有的遵循返回0规范的代码，所以他们提供了另外形式的operator new(以及operator new[]——见条款8)以继续提供返回0功能。这些形式被称为“无抛出”，因为他们没用过一个throw，而是在使用new的入口点采用了nothrow对象：

class widget { ... };

widget *pw1 = new widget;// 分配失败抛出std::bad_alloc if

if (pw1 == 0) ...	// 这个检查一定失败
	widget *pw2 = new (nothrow) widget; 	// 若分配失败返回0
	
if (pw2 == 0) ...	// 这个检查可能会成功

不管是用“正规”(即抛出异常)形式的new还是“无抛出”形式的new，重要的是你必须为内存分配失败做好准备。最简单的方法是使用set_new_handler，因为它对两种形式都有用。