Effective C++ 49：new handler 的行为

09/17 2015

Item 49: Understand the behavior of the new-handler.

new申请内存失败时会抛出"bad alloc"异常，此前会调用一个由std::set_new_handler()指定的错误处理函数（"new-handler"）。

set_new_handler()

"new-handler"函数通过std::set_new_handler()来设置，std::set_new_handler()定义在<new>中：

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

throw()是一个异常声明，表示不抛任何异常。例如void func() throw(Exception1, Exception2)表示func可能会抛出Exception1，Exception2两种异常。

set_new_handler()的使用也很简单：

void outOfMem(){
    std::cout<<"Unable to alloc memory";
    std::abort();
}
int main(){
    std::set_new_handler(outOfMem);
    int *p = new int[100000000L];
}

当new申请不到足够的内存时，它会不断地调用outOfMem。因此一个良好设计的系统中outOfMem函数应该做如下几件事情之一：

使更多内存可用；
安装一个新的"new-handler"；
卸载当前"new-handler"，传递null给set_new_handler即可；
抛出bad_alloc（或它的子类）异常；
不返回，可以abort或者exit。

类型相关错误处理

std::set_new_handler设置的是全局的bad_alloc的错误处理函数，C++并未提供类型相关的bad_alloc异常处理机制。但我们可以重载类的operator new，当创建对象时暂时设置全局的错误处理函数，结束后再恢复全局的错误处理函数。

比如Widget类，首先需要声明自己的set_new_handler和operator new：

class Widget{
public:
    static std::new_handler set_new_handler(std::new_handler p) throw();
    static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
private:
    static std::new_handler current;
};

// 静态成员需要定义在类的外面
std::new_handler Widget::current = 0;
std::new_handler Widget::set_new_handler(std::new_handler p) throw(){
    std::new_handler old = current;
    current = p;
    return old;
}

关于abort, exit, terminate的区别：abort会设置程序非正常退出，exit会设置程序正常退出，当存在未处理异常时C++会调用terminate，它会回调由std::set_terminate设置的处理函数，默认会调用abort。

最后来实现operator new，该函数的工作分为三个步骤：

调用std::set_new_handler，把Widget::current设置为全局的错误处理函数；
调用全局的operator new来分配真正的内存；
如果分配内存失败，Widget::current将会抛出异常；
不管成功与否，都卸载Widget::current，并安装调用Widget::operator new之前的全局错误处理函数。

重载operator new

我们通过RAII类来保证原有的全局错误处理函数能够恢复，让异常继续传播。关于RAII可以参见Item 13。先来编写一个保持错误处理函数的RAII类：

class NewHandlerHolder{
public:
    explicit NewHandlerHolder(std::new_handler nh): handler(nh){}
    ~NewHandlerHolder(){ std::set_new_handler(handler); }
private:
    std::new_handler handler;
    NewHandlerHolder(const HandlerHolder&);     // 禁用拷贝构造函数
    const NewHandlerHolder& operator=(const NewHandlerHolder&); // 禁用赋值运算符
};

然后Widget::operator new的实现其实非常简单：

void * Widget::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
    NewHandlerHolder h(std::set_new_handler(current));
    return ::operator new(size);    // 调用全局的new，抛出异常或者成功
}   // 函数调用结束，原有错误处理函数恢复

使用Widget::operator new

客户使用Widget的方式也符合基本数据类型的惯例：

void outOfMem();
Widget::set_new_handler(outOfMem);

Widget *p1 = new Widget;    // 如果失败，将会调用outOfMem
string *ps = new string;    // 如果失败，将会调用全局的 new-handling function，当然如果没有的话就没有了
Widget::set_new_handler(0); // 把Widget的异常处理函数设为空
Widget *p2 = new Widget;    // 如果失败，立即抛出异常

通用基类

仔细观察上面的代码，很容易发现自定义"new-handler"的逻辑其实和Widget是无关的。我们可以把这些逻辑抽取出来作为一个模板基类：

template<typename T>
class NewHandlerSupport{
public:
    static std::new_handler set_new_handler(std::new_handler p) throw();
    static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
private:
    static std::new_handler current;
};

template<typename T>
std::new_handler NewHandlerSupport<T>::current = 0;

template<typename T>
std::new_handler NewHandlerSupport<T>::set_new_handler(std::new_handler p) throw(){
    std::new_handler old = current;
    current = p;
    return old;
}

template<typename T>
void * NewHandlerSupport<T>::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
    NewHandlerHolder h(std::set_new_handler(current));
    return ::operator new(size);
}

有了这个模板基类后，给Widget添加"new-handler"支持只需要 public 继承即可：

class Widget: public NewHandlerSupport<Widget>{ ... };

其实NewHandlerSupport的实现和模板参数T完全无关，添加模板参数是因为handler是静态成员，这样编译器才能为每个类型生成一个handler实例。

nothrow new

1993年之前C++的operator new在失败时会返回null而不是抛出异常。如今的C++仍然支持这种nothrow的operator new：

Widget *p1 = new Widget;    // 失败时抛出 bad_alloc 异常
assert(p1 != 0);            // 这总是成立的

Widget *p2 = new (std::nothrow) Widget;
if(p2 == 0) ...             // 失败时 p2 == 0

"nothrow new" 只适用于内存分配错误。而构造函数也可以抛出的异常，这时它也不能保证是new语句是"nothrow"的。

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