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C++中动态内存申请的结果

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请

1,问题:

    1,动态内存申请一定成功吗?

       1,不一定成功;

   

2,常见的动态内存分配代码:

    1,C 代码:

1 int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
2        
3 if( p !=  NULL )
4 {
5     // ... ...
6 }

       1,这种写法合理;

    2,C++ 代码:

1 int* p = new int[10];
2        
3 if( p != NULL )
4 {
5     // ... ...
6 }

       1,古代编译器这种写法合理;

       2,现代编译器这种写法就不合理,申请成功时,此语句没有任何意义,申请失败后,就会抛出一个标准库中的异常对象,程序就不会向下执行到  if() 语句;

       3,如果用的是一款现代的 C++ 编译器,new 的结果无论成功或者失败,根本用不着使用 if() 判断语句;

      

3,申请内存失败时:

    1,malloc 函数申请失败时返回 NULL 值;

    2,new 关键字申请失败时(根据编译器的不同):

       1,返回 NULL 值;

           1,古代编译器兼容 C 中方式,返回 NULL 值;

       2,抛出 std::bad_alloc 异常;

           1,近代编译器不会返回 NULL 值,而是抛出一个标准库中的 std::bad_alloc 异常;

      

4,问题:

    1,new 语句中的异常是怎么抛出来的?

   

5,new 关键字在 C++ 规范中的标准行为:

    1,在堆空间申请足够大的内存;

       1,成功:

           1,在获取的空间中调用构造函数创建对象;

           2,返回对象的地址;

       2,失败:

           1,C++ 规范定义要抛出 std::bad_alloc 异常;

    2,new 在分配空间时:

       1,如果空间不足,会调用全局的 new_handler() 函数(见 9 中例一);

           1,调用 new_handler() 函数的意义在于我们可以有机会做一些处理,使得有更多的空间可以空出来;

           2,整理空间、空出足够的内存 C++ 编译器是不知道的,这件事情具体的平台具体讨论,于是 C++ 标准规范就给了默认的 new_handler() 实现,即抛出异常;

       2,new_handler() 函数中抛出 std::bad_alloc 异常;

    3,可以自定义 new_handler() 函数:

       1,处理默认的 new 内存分配失败的情况;

       2,C++ 平台不能整理空间、空出足够的内存,那么就交给我们自己来定义;

      

6,new_handler() 的定义和使用:

    1,代码示例:

1 void my_new_handler()
2 {
3     cout << "No enough memory";
4     cout << endl;
5            
6     exit(1);  // 内存不足了,就把当前的程序结束了;
7 }

       1,实际产品开发中,一般会尝试在这个函数中进行内存的整理,整理后期望有更多的堆空间空出来,然后满足当前程序对内存的需求;

       2,也可以内存不足自己结束程序;

       3,友好的方式是抛一个异常,然后进行异常处理,这是 C++ 默认的实现方式;

  2,使用:

1 int main(int argc, char* argv[])
2 {
3     set_new_handler(my_new_handler);  // 告诉 C++ 编译器;可以设置自定义的处理函数,处理堆空间不足的情况;
4            
5      // ... ...
6            
7      return 0;
8 }

      

7,问题:

    1,如果跨编译器统一 new 的行为,提高代码移植性?

       1,无论在任何情况下,申请失败都返回空或者抛出异常;

       2,为了兼顾古代编译器,一般做法是自定义 new,使得 new 在申请堆空间失败的时候,直接返回空指针,而不抛出异常;

   

8,解决方案:

    1,全局范围(不推荐):

       1,重新定义 nwe/delete 的实现,不抛出任何异常;

       2,自定义 new_handler() 函数,不抛出任何异常;

           1,空函数摆在那里;

           2,见本文 10.2.2.1 分析,这个方案对 VS 2010 编译器是有用的;

       3,不推荐,全局范围重定义 new,风险是非常大的;

    2,类层次范围(推荐)(见本文 9 中例二):

       1,重载 new/delete,不抛出任何异常;

       2,失败了返回空指针;

    3,单次动态内存分配(见 本文9 中例三):

       1,使用 nothrow 参数,指明 new 不抛出异常;

       2,失败了返回空指针;

      

9,动态内存申请编程实验:

  1 #include <iostream>
  2 #include <new>
  3 #include <cstdlib>
  4 #include <exception>
  5 
  6 using namespace std;
  7 
  8 class Test
  9 {
 10     int m_value;
 11 public:
 12     Test()
 13     {
 14         cout << "Test()" << endl;
 15         
 16         m_value = 0;
 17     }
 18     
 19     ~Test()
 20     {
 21         cout << "~Test()" << endl;  
 22     }
 23     
 24     void* operator new (unsigned int size) throw()
 25     {
 26         cout << "operator new: " << size << endl;
 27         
 28         // return malloc(size);
 29         
 30         return NULL;  // 这里当没有加上 throw() 时,编译器显示: warning: 'operator new' must not return NULL unless it is declared 'throw()' (or -fcheck-new is in effect);
 31     }
 32     
 33     void operator delete (void* p)
 34     {
 35         cout << "operator delete: " << p << endl;
 36         
 37         free(p);
 38     }
 39     
 40     void* operator new[] (unsigned int size) throw()
 41     {
 42         cout << "operator new[]: " << size << endl;
 43         
 44         // return malloc(size);
 45         
 46         return NULL;
 47     }
 48     
 49     void operator delete[] (void* p)
 50     {
 51         cout << "operator delete[]: " << p << endl;
 52         
 53         free(p);
 54     }
 55 };
 56 
 57 void my_new_handler()
 58 {
 59     cout << "void my_new_handler()" << endl;
 60 }
 61 
 62 /* 证明 new_handler() 函数存在 */
 63 void ex_func_1()
 64 {
 65     /* 定义 func 变量,其类型为 new_handler 类型,C++ 中 new_handler 是一个预定义的函数指针,指向的函数类型是 void(*)(),调用 set_new_handler() 是将自定义的 my_new_handler() 处理函数设置进去,设置了自定义处理函数后,原来的处理函数就会作为返回值返回到 func,这点和上一节的不同,上一节是返回自定义的处理函数,这一节是返回原来的预定义处理函数; */
 66     new_handler func = set_new_handler(my_new_handler);  
 67     
 68     try
 69     {
 70         cout << "func = " << func << endl;
 71         
 72         if( func )  // 加上 if() 处理语句是因为默认的情况下面可能是没有处理函数的,此时 func 为空;
 73         {
 74             func();
 75         }
 76     }
 77     catch(const bad_alloc&)  // 想证明默认的 new_handler() 处理函数确实是要抛出 bad_alloc 异常;
 78     {
 79         cout << "catch(const bad_alloc&)" << endl;
 80     }
 81 }
 82 
 83 void ex_func_2()
 84 {
 85     Test* pt = new Test();
 86     
 87     cout << "pt = " << pt << endl;
 88     
 89     delete pt;
 90     
 91     pt = new Test[5];
 92     
 93     cout << "pt = " << pt << endl;
 94     
 95     delete[] pt; 
 96 }
 97 
 98 /* 如何在单次申请的时候,告诉编译器,不管结果是什么,都不要抛出异常,如果说申请失败了,直接返回空指针 */
 99 void ex_func_3()
100 {
101     /* 这个语句是 C++ 标准语法,只是之前没见过而已 */
102     int* p = new(nothrow) int[10];  // 现在进行动态内存申请,但是不管结果有没有成功,都不要抛出异常,结果失败,直接返回空;
103     
104     // ... ...
105     
106     delete[] p; 
107     
108     /* 上面 new 的写法也可以写成下面的形式 */
109     
110     int bb[2] = {0}; 
111     
112     struct ST
113     {
114         int x;
115         int y;
116     };
117     
118     ST* pt = new(bb) ST();  // 把 ST 对象创建到 bb[2] 的栈空间中去,即在指定的位置创建一个对象,括号的作用是向编译器指明要在指定的地址上面创建一个对象出来;
119     
120     /* 对创建的对象赋值 */
121     pt->x = 1;
122     pt->y = 2;
123     
124     /* 这里的打印想证明上面创建的对象确实存在 bb[2] 空间当中的 */
125     cout << bb[0] << endl;  // 打印 1
126     cout << bb[1] << endl;  // 打印 2
127     
128     pt->~ST();  // 显示的调用析构函数,因为我们指定了穿件对象的空间,这时必须显示手动调用析构函数;
129 }
130 
131 int main(int argc, char *argv[])
132 {
133     // ex_func_1();  
134     // ex_func_2();
135     // ex_func_3();
136     
137     return 0;
138 }

    1,ex_func_1() 打印结果:

       1,g++ 编译器:

          func = 0;说明默认的情况下,g++ 编译器并没有一个全局的 new_handler() 处理函数;

       2,VS 2010 编译器:

          func = 00000000;说明默认的情况下,VS 2010 编译器并没有一个全局的 new_handler() 处理函数;

       3,BCC 编译器:

          func = 00401474

          catch(const bad_alloc&);说明 BCC 的实现当中,确实是有一个全局 new_handler() 函数,它在调用后确实抛出了一个 bad_alloc 异常;

    2,第一个打印结果说明不同的 C++ 编译器 new 的行为是有一点不一样的,具     体在 new 失败时;

    3,ex_func_2() 打印 new 的结果:

       1,g++ 编译器:

          operator new: 4

          Test()

          段错误;因为 new 的重载函数返回空,于是 C++ 编译器在空地址上面调用构造函数创建对象,并且在构造函数中做了一个赋值操作,这等价于对 0 地址处进行赋值,所以段错误;

       2,VS 2010 编译器:

          operator new: 4

          pt = 00000000;这款编译器中,如果 new 的结果返回为空,是不会调用构造函数的;

       3,BCC 编译器:

          operator new: 4

          pt = 00000000;这款编译器中,如果 new 的结果返回为空,是不会调用构造函数的;

    4,不管哪款编译器,申请动态内存失败,直接返回空指针,不要干其它多余操作,则对 new 和 new[] 的重载进行异常规格说明,说明无论如何都不会扔出异常;

       1,g++ 编译器:

          operator new: 4

          pt = 0;和 VS 2010 以及 BCC 编译器行为统一了;

    5,ex_func_2() 打印 new[] 的结果:

       1,g++ 编译器:

          operator new[]: 24

          pt = 0

       2,VS 2010 编译器:

          operator new[]: 24

          pt = 00000000

       3,BCC 编译器:

          operator new[]: 24

          pt = 00000000

          operator delete[]: 00000000

    6,ex_func_3() 打印结果:

       1,g++ 编译器:

          1

          2

       2,VS 2010 编译器:

          1

          2

       3,BCC 编译器:

          1

          2

    7,new 关键字可以在指定的空间上面创建对象,如果显示的指定穿件对象的内存,就要显示的手动调用析构函数;

    8,三款编译器的行为都一样了;

   

10,实验结论:

    1,不是所有的编译器都遵循 C++ 的标准规范;

    2,编译器可能重定义 new 的实现,并在实现中抛出 bad_alloc 异常;

       1,虽然现代的编译器在 new 失败的时候会抛出一个 bad_alloc 异常,但是这个异常不一定就是在默认的 new_handler() 函数里面抛出来的,只有(上述三款编译器) BCC 编译器设置了默认的全局的  new_handler() 函数;

       2,分析 VS 2010 new 如何实现,以观察 new_handler() 如何实现:

 

    3,编译器的默认实现中,可能没有设置全局的 new_handler() 函数;

    4,对于移植性要求高的代码,需要考虑 new 的具体细节;

   

11,小结:

    1,不同的编译器在动态内存分配上的实现细节不同;

    2,malloc 函数在内存申请失败时返回 NULL 值;

    3,new 关键字在内存申请失败时:

       1,可能返回 NULL 值;

       2,可能抛出 bad_alloc 值;


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