c++ - 我应该如何编写符合 ISO C++ 标准的自定义 new 和 delete 运算符？

Question

我应该如何编写符合 ISO C++ 标准的自定义 new 和 delete 运算符？

这是 Overloading new and delete 的延续在极具启发性的 C++ 常见问题解答中，Operator overloading ，及其后续，Why should one replace default new and delete operators?

第 1 部分:编写符合标准的 new 运算符

• Part 1: Understanding the requirements for writing a custom new operator
• Part 2: Understanding the new_handler requirements
• Part 3: Understanding specific scenario requirements

第 2 节:编写符合标准的 delete 运算符

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Implementing Custom delete operator

<子>_(注意:这是 [Stack Overflow 的 C++ 常见问题解答](https://stackoverflow.com/questions/tagged/c++-faq) 的一个条目。如果您想批评以这种形式提供常见问题解答的想法，然后[开始这一切的元数据发布](https://meta.stackexchange.com/questions/68647/setting-up-a-faq-for-the-c-tag)将是这样做的地方. 该问题的答案在 [C++ 聊天室](https://chat.stackoverflow.com/rooms/10/c-lounge) 中进行监控，FAQ 的想法最初是从那里开始的，所以你的答案很可能让提出这个想法的人阅读。)_*注意:答案基于 Scott Meyers 的更有效 C++ 和 ISO C++ 标准的学习。*

Answer 1

第一部分

This C++ FAQ entry解释了为什么一个人可能想要为自己的类重载 new 和 delete 运算符。本常见问题解答试图解释如何以符合标准的方式这样做。

实现自定义 new 运算符

C++ 标准(第 18.4.1.1 节)将 operator new 定义为:

void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);

C++ 标准在 §3.7.3 和 §18.4.1 中指定了这些运算符的自定义版本必须遵守的语义

让我们总结一下需求。

要求#1:它应该动态分配至少size字节的内存并返回一个指向分配内存的指针。引用 C++ 标准，第 3.7.4.1.3 节:

The allocation function attempts to allocate the requested amount of storage. If it is successful, it shall return the address of the start of a block of storage whose length in bytes shall be at least as large as the requested size...

标准进一步规定:

...The pointer returned shall be suitably aligned so that it can be converted to a pointer of any complete object type and then used to access the object or array in the storage allocated (until the storage is explicitly deallocated by a call to a corresponding deallocation function). Even if the size of the space requested is zero, the request can fail. If the request succeeds, the value returned shall be a non-null pointer value (4.10) p0 different from any previously returned value p1, unless that value p1 was sub-sequently passed to an operator delete.

这给了我们进一步的重要要求:

要求 #2: 我们使用的内存分配函数(通常是 malloc() 或其他一些自定义分配器)应该返回一个适当对齐的分配内存的指针，可以转换成完整对象类型的指针，用于访问对象。

要求 #3: 我们的自定义运算符 new 必须返回一个合法的指针，即使请求零字节也是如此。

甚至可以从 new 原型(prototype)中推断出的明显要求之一是:

需求#4:如果new不能分配请求大小的动态内存，那么它应该抛出std::bad_alloc类型的异常>.

但是! 这比表面上看到的要多:如果您仔细看看 new 运算符 documentation (来自标准的引文如下)，它指出:

If set_new_handler has been used to define a new_handler function, this new_handler function is called by the standard default definition of operator new if it cannot allocate the requested storage by its own.

要了解我们的自定义 new 需要如何支持此要求，我们应该了解:

什么是new_handler和set_new_handler？

new_handler 是指向函数的指针的 typedef，该函数不接受和不返回任何内容，并且set_new_handler 是一个接受并返回 new_handler 的函数。

set_new_handler 的参数是一个指针，指向函数 operator new 如果它不能分配所请求的内存就应该调用。它的返回值是指向先前注册的处理函数的指针，如果没有先前的处理函数，则返回 null。

一个代码示例让事情变得清晰的好时机:

#include <iostream>
#include <cstdlib>

// function to call if operator new can't allocate enough memory or error arises
void outOfMemHandler()
{
    std::cerr << "Unable to satisfy request for memory\n";

    std::abort();
}

int main()
{
    //set the new_handler
    std::set_new_handler(outOfMemHandler);

    //Request huge memory size, that will cause ::operator new to fail
    int *pBigDataArray = new int[100000000L];

    return 0;
}

在上面的例子中，operator new(很可能)将无法为 100,000,000 个整数分配空间，函数 outOfMemHandler() 将被调用，并且程序将在 issuing an error message 之后中止.

这里需要注意的是，当operator new无法满足内存请求时，它会反复调用new-handler函数，直到可以 找到足够的内存或没有更多新的处理程序。在上面的例子中，除非我们调用 std::abort()，否则 outOfMemHandler() 将是 called repeatedly .因此，处理程序应该确保下一次分配成功，或者注册另一个处理程序，或者不注册处理程序，或者不返回(即终止程序)。如果没有新的handler，分配失败，操作符会抛出异常。

Continuation 1

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