Item 49: 了解 new-handler 的行为
作者：Scott Meyers
译者：fatalerror99 (iTePub's Nirvana)
发布：http://blog.csdn.net/fatalerror99/
当 operator new 不能满足一个内存分配请求时，它抛出一个 exception（异常）。很久以前，他返回一个 null pointer（空指针），而一些比较老的编译器还在这样做。你依然能得到以前的行为（在一定程度上），但是我要到这个 Item 的最后再讨论它。
在 operator new 因回应一个无法满足的内存请求而抛出一个 exception 之前，它先调用一个可以由客户指定的被称为 new-handler 的 error-handling function（错误处理函数）。（这并不完全确切，operator new 真正做的事情比这个稍微复杂一些，详细细节在 Item 51 提供。）为了指定 out-of-memory-handling function，客户调用 set_new_handler ——一个在 <new> 中声明的标准库函数：
namespace std {
typedef void (*new_handler)();
new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();
}
就像你能够看到的，new_handler 是一个指针的 typedef，这个指针指向不取得和返回任何东西的函数，而 set_new_handler 是一个取得和返回一个 new_handler 的函数。（set_new_handler 的声明的结尾处的 "throw()" 是一个 exception specification（异常规范）。它基本上是说这个函数不会抛出任何异常，尽管真相更有趣一些。关于细节，参见 Item 29。）
set_new_handler 的形参是一个指向函数的指针，这个函数是 operator new 无法分配被请求的内存时应该调用的。set_new_handler 的返回值是一个指向函数的指针，这个函数是 set_new_handler 被调用前有效的目标。
你可以像这样使用 set_new_handler：
// function to call if operator new can't allocate enough memory
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];
...
}
如果 operator new 不能为 100,000,000 个整数分配空间，outOfMem 将被调用，而程序将在发出一个错误信息后中止。（顺便说一句，考虑如果在写这个错误信息到 cerr... 的过程中内存必须被动态分配会发生什么。）
当 operator new 不能满足一个内存请求时，它反复调用 new-handler function 直到它能找到足够的内存。引起这些重复调用的代码在 Item 51 中展示，但是从这种高层次的描述已足够推导出一个设计得好的 new-handler function 必须做到以下事情之一：
Make more memory available（使得更多的内存可用）。这可能使得 operator new 中下一次内存分配的尝试成功。实现这一策略的一个方法是在程序启动时分配一大块内存，然后在 new-handler 第一次被调用时释放它供程序使用。
Install a different new-handler（安装一个不同的 new-handler）。如果当前的 new-handler 不能做到使更多的内存可用，或许它知道有一个不同的 new-handler 可以做到。如果是这样，当前的 new-handler 能在它自己的位置上安装另一个 new-handler（通过调用 set_new_handler）。operator new 下一次调用 new-handler function 时，它会得到最近安装的那一个。（这个主线上的一个变化是让一个 new-handler 改变它自己的行为，这样，下一次它被调用时，可以做一些不同的事情。做到这一点的一个方法是让 new-handler 改变能影响 new-handler 行为的 static（静态），namespace-specific（名字空间专用）或 global（全局）的数据。）
Deinstall the new-handler（卸载 new-handler），也就是，将空指针传给 set_new_handler。没有 new-handler 被安装，当内存分配没有成功时，operator new 抛出一个异常。
Throw an exception（抛出一个异常），类型为 bad_alloc 或继承自 bad_alloc 的其它类型。这样的异常不会被 operator new 捕获，所以它们将被传播到发出内存请求的地方。
Not return（不再返回），典型情况下，调用 abort 或 exit。
这些选择使你在实现 new-handler functions 时拥有极大的弹性。
有时你可能希望根据被分配 object 的不同，用不同的方法处理内存分配的失败：
class X {
public:
static void outOfMemory();
...
};
class Y {
public:
static void outOfMemory();
...
};
X* p1 = new X; // if allocation is unsuccessful,
// call X::outOfMemory
Y* p2 = new Y; // if allocation is unsuccessful,
// call Y::outOfMemory
C++ 没有对 class-specific new-handlers 的支持，但是它也不需要。你可以自己实现这一行为。你只要让每一个 class 提供 set_new_handler 和 operator new 的它自己的版本即可。class 的 set_new_handler 允许客户为这个 class 指定 new-handler（正像standard set_new_handler 允许客户指定global new-handler）。class 的 operator new 确保当为 class objects 分配内存时，class-specific new-handler 代替 global new-handler 被使用。
假设你要为 Widget class 处理内存分配失败。你就必须清楚当 operator new 不能为一个 Widget object 分配足够的内存时所调用的函数，所以你需要声明一个 new_handler 类型的 static member（静态成员）指向这个 class 的 new-handler function。Widget 看起来就像这样：
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 currentHandler;
};
static class members（静态类成员）必须在 class 定义外被定义（除非它们是 const 而且是 integral ——参见 Item 2），所以：
std::new_handler Widget::currentHandler = 0; // init to null in the class
// impl. file
Widget 中的 set_new_handler 函数会保存传递给它的任何指针，而且会返回前次调用时被保存的任何指针，这也正是 set_new_handler 的标准版本所做的事情：
std::new_handler Widget::set_new_handler(std::new_handler p) throw()
{
std::new_handler oldHandler = currentHandler;
currentHandler = p;
return oldHandler;
}
最终，Widget 的 operator new 将做下面这些事情：
以 Widget 的 error-handling function 为参数调用 standard set_new_handler。这样将 Widget 的new-handler 安装为 global new-handler。
调用 global operator new 进行真正的内存分配。如果分配失败，global operator new 调用 Widget 的 new-handler，因为那个函数刚才被安装为 global new-handler。如果 global operator new 最后还是无法分配内存，它会抛出一个 bad_alloc exception。在此情况下，Widget 的 operator new 必须恢复原来的 global new-handler，然后传播那个 exception。为了确保原来的 new-handler 总能被恢复，Widget 将 global new-handler 作为一种资源对待，并遵循 Item 13 的建议，使用 resource-managing objects（资源管理对象）来预防 resource leaks（资源泄漏）。
如果 global operator new 能够为一个 Widget object 分配足够的内存，Widget 的 operator new 返回一个指向被分配内存的指针。object 的用于管理 global new-handler 的 destructor（析构函数）自动将 global new-handler 恢复到调用 Widget 的 operator new 之前的状态。
以下就是你如何在 C++ 中表达这所有的事情。我们以 resource-handling class 开始，组成部分中除了基本的 RAII 操作（在构造过程中获得资源并在析构过程中释放）（参见 Item 13），没有更多的东西：
class NewHandlerHolder {
public:
explicit NewHandlerHolder(std::new_handler nh) // acquire current
:handler(nh) {} // new-handler
~NewHandlerHolder() // release it
{ std::set_new_handler(handler); }
private:
std::new_handler handler; // remember it
NewHandlerHolder(const NewHandlerHolder&); // prevent copying
NewHandlerHolder& // (see Item 14)
operator=(const NewHandlerHolder&);
};
这使得 Widget 的 operator new 的实现非常简单：
void * Widget::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
NewHandlerHolder // install Widget's
h(std::set_new_handler(currentHandler)); // new-handler
return ::operator new(size); // allocate memory
// or throw
} // restore global
// new-handler
Widget 的客户像这样使用它的 new-handling capabilities（处理 new 的能力）：
void outOfMem(); // decl. of func. to call if mem. alloc.
// for Widget objects fails
Widget::set_new_handler(outOfMem); // set outOfMem as Widget's
// new-handling function
Widget *pw1 = new Widget; // if memory allocation
// fails, call outOfMem
std::string *ps = new std::string; // if memory allocation fails,
// call the global new-handling
// function (if there is one)
Widget::set_new_handler(0); // set the Widget-specific
// new-handling function to
// nothing (i.e., null)
Widget *pw2 = new Widget; // if mem. alloc. fails, throw an
// exception immediately. (There is
// no new- handling function for
// class Widget.)
无论 class 是什么，实现这个方案的代码都是一样的，所以在其它地方重用它就是一个合理的目标。使它成为可能的一个简单方法是创建一个 "mixin-style" base class（“混合风格”基类），也就是说，一个设计为允许 derived classes（派生类）继承一个单一特定能力（在当前情况下，就是设定一个 class-specific new-handler 的能力）的 base class（基类）。然后把这个 base class（基类）转化为一个 template（模板），以便于你得到针对每一个 inheriting class（继承来的类）的 class data 的不同拷贝。
这个设计的 base class（基类）部分让 derived classes（派生类）继承它们全都需要的 set_new_handler 和 operator new functions，而这个设计 template（模板）部分确保每一个 inheriting class（继承来的类）得到一个不同的 currentHandler data member（数据成员）。这听起来可能有点复杂，但是代码看上去可靠而且熟悉。实际上，仅有的真正不同是它现在可以用在任何需要它的 class 之上：
template<typename T> // "mixin-style" base class for
class NewHandlerSupport{ // class-specific set_new_handler
public: // support
static std::new_handler set_new_handler(std::new_handler p) throw();
static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
... // other versions of op. new —
// see Item 52
private:
static std::new_handler currentHandler;
};
template<typename T>
std::new_handler
NewHandlerSupport<T>::set_new_handler(std::new_handler p) throw()
{
std::new_handler oldHandler = currentHandler;
currentHandler = p;
return oldHandler;
}
template<typename T>
void* NewHandlerSupport<T>::operator new(std::size_t size)
throw(std::bad_alloc)
{
NewHandlerHolder h(std::set_new_handler(currentHandler));
return ::operator new(size);
}
// this initializes each currentHandler to null
template<typename T>
std::new_handler NewHandlerSupport<T>::currentHandler = 0;
有了这个 class template（类模板），为 Widget 增加 set_new_handler 支持就很容易了：Widget 只需要从 NewHandlerSupport<Widget> 继承即可。（可能看起来很奇特，但是下面我将解释更多的细节。）
class Widget: public NewHandlerSupport<Widget> {
... // as before, but without declarations for
}; // set_new_handler or operator new
这些就是 Widget 为了提供一个 class-specific set_new_handler 所需要做的全部。
