Effective C++条款51：定制new和delete之（编写new和delete时需固守常规）

• 条款50介绍了为何要重载operator new和operator delete，本条款用来讲述重载operator new和operator delete时所要遵守的规则

一、operator new所要遵守的规则

• operator new的一般规则为：
  • 必须拥有正确的返回值：如果申请成功就返回指针指向于那块内存。如果不足就抛出bad_alloc异常（未设置new-handler的情况下）
  • 内存不足时调用new-handling函数（见条款49）：operator new实际上不只一次尝试分配内存，每次失败后调用new-handling函数。这里假设new-handling函数能够做某些事情将内存释放出来
  • 必须针应对申请零内存的情况：C++允许用户申请0byte的内存，这一诡异的需求其实是为了简化语言其他部分
  • 避免不谨慎掩盖了正常形式的new——比较接近class的接口

operator new伪代码形式（non-member版本）

• 下面是operator new的伪代码形式：

• 相关细节如下：
  • 处理0bytes的情况：源码中将0bytes改为了1bytes，虽然看起来有些别扭，但是做法简单、可行。毕竟客户端申请0bytes的情况也比较少见
  • set_new_handler()为什么先要设置参数为0：
    • 如果内存分配失败，我们需要调用new_handler()函数或者抛出bad_alloc异常
    • 但是我们不知道当前程序是否有new_handler函数，只有set_new_handler()返回值可以获取，因此我们先获取new_handler，然后再用if判断是否存在，然后是否可以调用这个函数
  • while循环：
    • 当我们申请内存成功之后：while循环就有终止并返回所申请的内存指针
    • 但是如果申请内存失败了：我们不能立即返回，而是执行while循环。如果当前程序有new_handler函数，那么就执行new_handler函数（我们在条款49介绍了，new_handler可能做得事情有：释放内存、安装另一个new_handler、卸载new_handler、抛出bad_alloc异常(或该异常的派生类)，或者直接承认失败而return）。因此我们使用while循环

operator new在继承中的注意事项

• 对于一个成员函数版本的operator new来说，如果其有派生类，那么派生类的new可能会产生不明确的行为
• 例如：

class Base {
public:
    static void* operator new(std::size_t size)throw(std::bad_alloc);
};

class Derived :public Base { };

int main()
{
    Derived* p = new Derived; //调用Base::operator new
    return 0;
}

• 可能会发生错误的原因：
  • Base中的new()，函数中的相关操作是针对于参数为sizeof(Base)大小而设定的，所以当Base调用new()时没问题
  • 但如果是Derived调用new()，那么调用的是基类中的new()，并且传入的大小为sizeof(Derived)，但是该new()不是针对于参数大小为sizeof(Derived)而谁定的
• 因此我们需要在基类的operator new()函数中对申请进行判断，代码如下：
  • 下面的代码不要判断参数大小是否为0，因为如果参数为0，那么会调用标准库的operator new，标准库的operator new会对参数为0进行处理

void* Base::operator new(std::size_t size)throw(std::bad_alloc)
{
    //如果不是Base调用，那么调用标准库的operator new
    if (size != sizeof(Base))
        return ::operator new(size);
    //...
}

• 注意：
  • “非附属（独立式）对象”必须有非0大小（见条款39）
  • 例如上面的Base，其sizeof(Base)不能为，如果其大小为0，那么上面的new函数申请操作将被转交给::operator new中

operator new[]注意事项

• operator new[]通常被称为“array new”
• 对于operator new[]唯一要做的就是：分配一块未加工内存，因为你无法对array之内尚未存在的元素做任何事情
• 当在继承体系时：为class设置operator new[]成员函数，你设置的参数是要分配的数组个数，但是这个数目可能不准确，因为基类的operator new[]可能被派生类使用

二、operator delete所要遵守的规则

• operator delete唯一要做的事情就是：保证“删除null指针”是正确的。伪代码如下：

void operator delete(void * rawMemory)throw()
{
    if (rawMemory == 0) //如果删除的是null指针，什么都不做
        return;
}

成员函数版本的operator delete

• 成员函数版本的delete函数需要两个参数，其中第二个参数用来检查删除的大小
• 其中第二个参数与成员函数版本的operator new的参数概念是一样的，我们需要用这个大小来比较删除对象的大小。因为其delete可能会被派生类使用，而派生类的大小与基类的大小不一致，因此需要在delete中进行与new函数一样的判断
• 代码如下：

void Base::operator delete(void *rawMemory, std::size_t size)throw()
{
    if (rawMemory == 0) //删除空指针，直接返回
        return;
	
    //删除的不是Base，可能是其派生类调用
    //那么就调用全局delete进行删除
    if (size != sizeof(Base)) {
        ::operator delete(rawMemory);
        return;
    }

    //...执行内存归还
}

• 一个重要的注意事项（虚析构函数）：
  • 如果被删除（delete）的对象属于某个基类的派生类，而该派生类没有定义虚析构函数，那么C++传给operator delete的size_t数值可能不正确
  • 例如，通过基类指向指向于派生类，当delete这个指针时：
    • 正确的情况是：调用派生类的虚析构函数，并向delete函数传入派生类的大小
    • 不正确的情况是：派生类没有定义虚析构函数，delete时传入的是基类的大小

三、总结

• operator new应该内含一个无穷循环，并在其中尝试分配内存，如果它无法满足内存需求，就该调用new_handler。它也应该有能力处理0bytes申请。Class专属版本则还应该处理“比正确大小更大的（错误）申请”
• operator delete应该在收到null指针时不做任何事。Class专属版本则还应该处理“比正确大小更大的（错误）申请”