Item49--了解 new-handler 的行为

1. new-handler 的基本机制

在标准库中，set_new_handler 是定义在 <new> 头文件中的函数，用于指定当内存分配失败时调用的回调函数。

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

• 参数： p 是你希望在内存分配失败时调用的函数指针。
• 返回值： 返回在调用之前正在生效的旧 new_handler 指针。

示例代码：

void outOfMemory() {std::cerr << "Unable to satisfy request for memory\n";std::abort();
}int main() {std::set_new_handler(outOfMemory);int* pBigDataArray = new int[1000000000L]; // 如果分配失败，将调用 outOfMemory
}

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2. 一个设计良好的 new-handler 应该做什么？

当 operator new 无法分配内存时，它会反复循环调用 new-handler，直到找到足够的内存。因此，一个设计合理的 new-handler 必须执行以下操作之一：

1. 让更多内存可用： 比如程序启动时预分配一大块内存，在 handler 中释放它供系统使用。
2. 安装另一个 new-handler： 如果当前的 handler 无法解决问题，它可能会知道另一个 handler 更有用，从而调用 set_new_handler 替换自己。
3. 卸载 new-handler： 将 null 传给 set_new_handler。如果没有安装 handler，operator new 在分配失败时会抛出异常。
4. 抛出异常： 抛出 std::bad_alloc 或其派生类。这个异常不会被 operator new 捕获，而是传播到调用点。
5. 不返回： 调用 abort() 或 exit() 直接终止程序。

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3. 为特定类定制 new-handler

C++ 不直接支持为每个类设置独立的 new-handler，但我们可以通过重载类内部的 operator new 来实现这一行为。

实现思路：

1. 在类中声明一个静态成员 currentHandler。
2. 重载类的 operator new。
3. 在 operator new 中：
   • 调用全局 set_new_handler 把类的 handler 安装上去，并记录原来的全局 handler。
   • 调用全局 ::operator new 执行实际分配。
   • 无论分配成功与否，都要把原来的全局 handler 还原回来（使用 RAII 确保安全）。

代码实现 (RAII 方式)：

class NewHandlerHolder {
public:explicit NewHandlerHolder(std::new_handler nh) : handler(nh) {}~NewHandlerHolder() { std::set_new_handler(handler); }
private:std::new_handler handler;NewHandlerHolder(const NewHandlerHolder&); // 阻止拷贝NewHandlerHolder& operator=(const NewHandlerHolder&);
};class Widget {
public:static std::new_handler set_class_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;
};// 静态成员初始化
std::new_handler Widget::currentHandler = 0;
std::new_handler Widget::set_class_new_handler(std::new_handler p) throw() {std::new_handler oldHandler = currentHandler;currentHandler = p;return oldHandler;
}void* Widget::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc) {// 1. 安装 Widget 的 handler，并记录旧的全局 handlerNewHandlerHolder h(std::set_new_handler(currentHandler));// 2. 调用全局 operator newreturn ::operator new(size);// 3. h 析构时会自动恢复全局 handler
}

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4. 使用 Template 简化重复工作 (Mixin 风格)

为了避免为每个类重复编写上述逻辑，可以创建一个模板基类（常被称为 CRTP：Curiously Recurring Template Pattern）。

template<typename T>
class NewHandlerSupport {
public:static std::new_handler set_class_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;
};// 使用方法：
class Widget : public NewHandlerSupport<Widget> {// 此时 Widget 自动拥有了设置专属 new-handler 的能力
};

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5. 关于 "nothrow" new

早期的 C++ 分配失败返回 null，现代 C++ 默认抛出异常。为了兼容旧代码，C++ 提供了 nothrow 形式：

Widget* pw1 = new Widget;               // 失败抛出 bad_alloc
Widget* pw2 = new (std::nothrow) Widget; // 失败返回 0 (null)

注意： nothrow 只保证 operator new 本身不抛异常。如果 Widget 的构造函数内部又用了普通的 new，或者构造函数本身报错，异常依然会产生。因此，nothrow 的意义在现代开发中非常有限。

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总结

1. set_new_handler 允许你指定一个在内存耗尽时被调用的函数。
2. new-handler 的职责是解决内存问题或终止循环（通过修改 handler、抛异常或退出）。
3. 类专属 handler 需要通过重载 operator new 并结合 RAII 对象来手动管理切换过程。
4. CRTP 模板是实现类专属 new-handler 的最优雅方式。