【C++】外傳篇 3_動態內存申請的結果

時間 2019-12-07

標籤 C++ 外傳動態內存申請結果欄目 C&C++ 简体版

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動態內存的結果

問題：動態內存申請必定成功嗎？ios

常見的動態內存分配代碼

C 代碼：c++

void code()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    
    if( p != NULL )
    {
        // ...
    }
    
    free(p);
}

C++ 代碼:編程

void code()
{
    int* p = new int[10];
    
    if( p != NULL )
    {
        // ...
    }
    
    delete p;
}

必須知道的事實函數

malloc 函數申請失敗時返回 NULL 值

new 關鍵字申請失敗時（根據編譯器不一樣）spa

返回 NULL 值（古代）

拋出 std::bad_alloc 異常（現代）

問題： new 語句中的異常是怎麼拋出來的呢？指針

new 關鍵字在 C++ 規範中的標準行爲code

在堆空間申請足夠的內存對象

成功：內存

在獲取的空間中調用構造函數建立對象

返回對象的地址

失敗編譯器

拋出 std::bad_alloc 異常

new 關鍵字在 C++ 規範中的標準行爲

new 在分配內存時

若是空間不足，會調用全局的 new_handler() 函數

new_handler() 函數中拋出 std::bad_alloc 異常

能夠自定義 new_handler() 函數

處理默認的 new 內存分配失敗的狀況

new_handler() 中，能夠手動作一些內存整理的工做，使得更多的堆空間能夠被使用。

new_handler() 函數的替換

自定義一個無返回值無參數的函數

調用 set_new_handler() 設置自定義的函數

參數類型爲 void(*)()

返回值爲默認的 new_handler() 函數入口地址

new_handler() 的定義和使用

void my_new_handler()
{
    cout << "No enough memory" << endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    set_new_handler(my_new_handler);
    
    // ...
    
    return 0;
}

編程實驗： new_handler 初探

公用實驗代碼：

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

using namespace std;

class Test
{
private:
    int m_value;
    
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;
        
        m_value = 0;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
    
    void* operator new (unsigned int size)
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;
        
        // return malloc(size);
        
        return NULL;        // 注意這裏！ 模擬內存申請失敗
    }
    
    void operator delete(void* p) 
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;
        
        free(p);
    }
    
    void* operator new[] (unsigned int size)
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;
        
        // return malloc(size);
        
        return NULL;        // 注意這裏！ 模擬內存申請失敗
    }
    
    void operator delete[](void* p) 
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;
        
        free(p);
    }
};

實驗 1：不一樣編譯器中 new_handler() 行爲

void my_new_handler()
{
    cout << "void my_new_handler()" << endl;
}

void ex_func_1()
{
    new_handler func = set_new_handler(my_new_handler);  // 注意這裏！
    
    try
    {
        cout << "func = " << func << endl;
        
        if( func )
        {
            func();
        }
    }
    catch(const bad_alloc&)
    {
        cout << "catch(catch bad_alloc&)" << endl;
    }
}

int main()
{
    ex_func_1();

    return 0;
}

輸出：[g++]
func = 0

輸出：[vc++2010]
func = 00000000

輸出：[bcc]
func = 0x00401474
catch(catch bad_alloc&)

結論：
默認狀況下，g++,vc++2010 並無提供全局的 new_handler() 函數；
           gcc 提供了全局的 new_handler() 函數，並拋出了 bad_alloc 異常。

實驗 2：不一樣編譯器 new 失敗行爲

void ex_func_2()
{
    Test* pt = new Test();
    
     cout << "pt = " << pt << endl;
     
     delete pt;
     
     pt = new Test[5];
     
     cout << "pt = " << pt << endl;
     
     delete[] pt;
}

int main()
{
    ex_func_2();

    return 0;
}

輸出：[g++]
Test()
段錯誤

輸出：[vc++2010]
operator new: 4
pt = 00000000
operator new[]: 24
pt = 00000000

輸出：[bcc]
operator new: 4
pt = 00000000
operator new[]: 24
pt = 00000000

分析：
g++ 編譯生成的可執行文件運行時發生段錯誤： 
new 重載函數返回 NULL, 因而就在 0 地址處建立對象，調用構造函數。構造函數中，m_value = 0，致使段錯誤。

vc++2010:
若是 new 的重載返回 NULL，對象未建立，構造函數不會被調用

bcc:
若是 new 的重載返回 NULL，對象未建立，構造函數不會被調用

問題：如何跨編譯器統一 new 的行爲，提升代碼的移植性呢？

解決方案【動態內存分配失敗時，返回空指針】

全局範圍（不推薦）

從新定義 new / delete 的實現，不拋出任何異常

自定義 new_handler() 函數，不拋出任何異常

類層次範圍

重載 new / delete, 不拋出任何異常

單此動態內存分配

使用 nothrow 參數，指明 new 不拋出異常

編程實驗：動態內存申請

實驗 1: 類層次範圍

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

using namespace std;

class Test
{
private:
    int m_value;
    
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;
        
        m_value = 0;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;
    }
    
    void* operator new (unsigned int size) throw()     // 注意這裏！
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;
        
        // return malloc(size);
        
        return NULL;                                  // 注意這裏！ 模擬內存申請失敗
    }
    
    void operator delete(void* p) 
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;
        
        free(p);
    }
    
    void* operator new[] (unsigned int size) throw()  // 注意這裏！ 
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;
        
        // return malloc(size);
        
        return NULL;                                 // 注意這裏！ 模擬內存申請失敗
    }
    
    void operator delete[](void* p)
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;
        
        free(p);
    }
};

void ex_func_2()
{
    Test* pt = new Test();
    
     cout << "pt = " << pt << endl;
     
     delete pt;
     
     pt = new Test[5];
     
     cout << "pt = " << pt << endl;
     
     delete[] pt;
}

int main()
{
    ex_func_2();

    return 0;
}

輸出：[g++]
operator new: 4
pt = 0
operator new[]: 24
pt = 0

輸出：[vc++2010]
operator new: 4
pt = 00000000
operator new[]: 24
pt = 00000000

輸出：[bcc]
operator new: 4
pt = 00000000
operator new[]: 24
pt = 00000000

實驗 2：單次動態內存分配範圍

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

using namespace std;

void ex_func_3()
{
     int* p = new(nothrow) int[10];    // 注意這裏！
    
     cout << "p = " << p << endl;
     
     delete p;
}

int main()
{
    ex_func_3();

    return 0;
}

輸出：
p = 0x8300008

實驗結論

不是全部的編譯器都遵循 C++ 的標準規範

編譯器可能重定義 new 的實現，並在實現中拋出 bad_alloc 異常

編譯器的默認實現中，可能沒有設置全局的 new_handler() 函數

對於移植性要求較高的代碼，須要考慮 new 的具體細節

小結

不一樣的編譯器在動態內存分配上的實現細節不一樣

malloc 函數在內存申請失敗時返回 NULL 值

new 關鍵字在內存申請失敗時

可能返回 NULL 值

可能拋出 bad_alloc 異常

關於 new 的小知識點補充：
在指定的內存空間上建立對象（須要手動調用析構函數）

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int bb[2] = {0};

    struct ST
    {
        int x;
        int y;
    };

    ST* pt = new(bb) ST();    // 注意這裏！

    pt->x = 1;
    pt->y = 2;
    
    cout << bb[0] << endl;
    cout << bb[1] << endl;

    pt->~ST();                // 手動調用析構函數

    return 0;
}