1、C+内存管理详解1.对应的new和delete要采用相同的形式 下面的语句有什么错？string *stringarray = new string100;.delete stringarray;一切好象都井然有序一个new对应着一个delete然而却隐藏着很大的错误：程序的运行情况将是不可猜测的。至少，stringarray指向的100个string对象中的99个不会被正确地摧毁，因为他们的析构函数永远不会被调用。用 new的时候会发生两件事。首先，内存被分配(通过operator new 函数，详见条款7-10和条款m8)，然后，为被分配的内存调用一个或多个构造函数。用delete的时候，
2、也有两件事发生：首先，为将被释放的内存调用 一个或多个析构函数，然后，释放内存(通过operator delete 函数，详见条款8和m8)。对于 delete来说会有这样一个重要的问题：内存中有多少个对象要被删除？答案决定了将有多少个析构函数会被调用。这个问题简单来说就是：要被删除的指针指向的是单个对象呢，还是对象数组？这只有你来告诉delete。假如你在用delete时没用括号，delete就会认为指向的是单个对象，否则，它就会认为指向的是一个数组：string *stringptr1 = new string;string *stringptr2 = new string100;.del
3、ete stringptr1;/ 删除一个对象delete stringptr2;/ 删除对象数组假 如你在stringptr1前加了会怎样呢？答案是：那将是不可猜测的；假如你没在stringptr2前没加上又会怎样呢？答案也是： 不可猜测。而且对于象int这样的固定类型来说，结果也是不可猜测的，即使这样的类型没有析构函数。所以，解决这类问题的规则很简单：假如你调用 new时用了，调用delete时也要用。假如调用new时没有用，那调用delete时也不要用。在写一个包含指针数据成员，并且提供多个构造函数的类时，牢记这一规则尤其重要。因为这样的话，你就必须在所有初始化指针成员的构造函数里采用相
4、同的new的形式。否则，析构函数里将采用什么形式的delete呢？关于这一话题的进一步阐述，参见条款11。这个规则对喜欢用typedef的人来说也很重要，因为写typedef的程序员必须告诉别人，用new创建了一个typedef定义的类型的对象后，该用什么形式的delete来删除。举例如下：typedef string addresslines4; /一个人的地址，共4行，每行一个string/因为addresslines是个数组，使用new:string *pal = new addresslines; / 注重new addresslines返回string*, 和/ new string
5、4返回的一样delete时必须以数组形式与之对应：delete pal;/ 错误!delete pal;/ 正确为 了避免混乱，最好杜绝对数组类型用typedefs。这其实很轻易，因为标准c+库(见条款49)包含有stirng和vector模板，使用他们将会 使对数组的需求减少到几乎零。举例来说，addresslines可以定义为一个字符串(string)的向量(vector)，即 addresslines可定义为vector类型。2.析构函数里对指针成员调用delete大多数情况下，执行动态内存分配的的类都在构造函数里用new分配内存，然后在析构函数里用delete释放内存。最初写这个类的时
6、候当然不难做，你会记得最后对在所有构造函数里分配了内存的所有成员使用delete。然而，这个类经过维护、升级后，情况就会变得困难了，因为对类的代码进行修改的程序员不一定就是最早写这个类的人。而增加一个指针成员意味着几乎都要进行下面的工作：在每个构造函数里对指针进行初始化。对于一些构造函数，假如没有内存要分配给指针的话，指针要被初始化为0(即空指针)。删除现有的内存，通过赋值操作符分配给指针新的内存。在析构函数里删除指针。假 如在构造函数里忘了初始化某个指针，或者在赋值操作的过程中忘了处理它，问题会出现得很快，很明显，所以在实践中这两个问题不会那么折磨你。但是，假如在 析构函数里没有删除指针，它
7、不会表现出很明显的外部症状。相反，它可能只是表现为一点微小的内存泄露，并且不断增长，最后吞噬了你的地址空间，导致程序夭 折。因为这种情况经常不那么引人注重，所以每增加一个指针成员到类里时一定要记清楚。另外，删除空指针是安全的(因为它什么也没做)。所以，在写构造函数，赋值操作符，或其他成员函数时，类的每个指针成员要么指向有效的内存，要么就指向空，那在你的析构函数里你就可以只用简单地delete掉他们，而不用担心他们是不是被new过。当 然对本条款的使用也不要绝对。例如，你当然不会用delete去删除一个没有用new来初始化的指针，而且，就象用智能指针对象时不用劳你去删除一样，你 也永远不会去删除
8、一个传递给你的指针。换句话说，除非类成员最初用了new,否则是不用在析构函数里用delete的。说到智能指针，这里介绍一种避免必须删除指针成员的方法，即把这些成员用智能指针对象来代替，比如c+标准库里的auto_ptr。想知道它是如何工作的，看看条款m9和m10。3.预先预备好内存不够的情况 operator new在无法完成内存分配请求时会抛出异常(以前的做法一般是返回0，一些旧一点的编译器还这么做。你愿意的话也可以把你的编译器设置成这样。关于这个话 题我将推迟到本条款的结尾处讨论)。大家都知道，处理内存不够所产生的异常真可以算得上是个道德上的行为，但实际做起来又会象刀架在脖子上那样痛苦。所
9、 以，你有时会不去管它，也许一直没去管它。但你心里一定还是深深地隐藏着一种罪恶感：万一new真的产生了异常怎么办？你会很自然地想到处理这种情况的一种方法，即回到以前的老路上去，使用预处理。例如，c的一种常用的做法是，定义一个类型无关的宏来分配内存并检查分配是否成功。对于c+来说，这个宏看起来可能象这样：#define new(ptr, type) try (ptr) = new type; catch (std:bad_alloc&) assert(0); （“ 慢！std:bad_alloc是做什么的？”你会问。bad_alloc是operator new不能满足内存分配请求时抛出的异常类型
10、，std是bad_alloc所在的名字空间(见条款28)的名称。“好！”你会继续问，“assert又有 什么用？”假如你看看标准c头文件(或与它相等价的用到了名字空间的版本，见条款49)，就会发现assert是个宏。这个宏检查传给它的表达式是否非 零，假如不是非零值，就会发出一条出错信息并调用abort。assert只是在没定义标准宏ndebug的时候，即在调试状态下才这么做。在产品发布状 态下，即定义了ndebug的时候，assert什么也不做，相当于一条空语句。所以你只能在调试时才能检查断言(assertion)）。new 宏不但有着上面所说的通病，即用assert去检查可能发生在已发布程
11、序里的状态(然而任何时候都可能发生内存不够的情况)，同时，它还在c +里有另外一个缺陷：它没有考虑到new有各种各样的使用方式。例如，想创建类型t对象，一般有三种常见的语法形式，你必须对每种形式可能产生的异常都 要进行处理：new t;new t(constrUCtor arguments);new tsize;这里对问题大大进行了简化，因为有人还会自定义(重载)operator new，所以程序里会包含任意个使用new的语法形式。那 么，怎么办？假如想用一个很简单的出错处理方法，可以这么做：当内存分配请求不能满足时，调用你预先指定的一个出错处理函数。这个方法基于一个常规，即当 operato
12、r new不能满足请求时，会在抛出异常之前调用客户指定的一个出错处理函数一般称为new-handler函数。(operator new实际工作起来要复杂一些，详见条款8)指定出错处理函数时要用到set_new_handler函数，它在头文件里大致是象下面这样定义的：typedef void (*new_handler)();new_handler set_new_handler(new_handler p) throw();可以看到，new_handler是一个自定义的函数指针类型，它指向一个没有输入参数也没有返回值的函数。set_new_handler则是一个输入并返回new_handler
13、类型的函数。set_new_handler的输入参数是operator new分配内存失败时要调用的出错处理函数的指针，返回值是set_new_handler没调用之前就已经在起作用的旧的出错处理函数的指针。可以象下面这样使用set_new_handler：/ function to call if operator new cant allocate enough memoryvoid nomorememory()cerr unable to satisfy request for memory;abort();int main()set_new_handler(nomorememory);
14、int *pbigdataarray = new int100000000;.假 如operator new不能为100,000,000个整数分配空间，nomorememory将会被调用，程序发出一条出错信息后终止。这就比简单地让系统内核产生错误 信息来结束程序要好。(顺便考虑一下，假如cerr在写错误信息的过程中要动态分配内存，那将会发生什么.)operator new不能满足内存分配请求时，new-handler函数不只调用一次，而是不断重复，直至找到足够的内存。实现重复调用的代码在条款8里可以看到，这里我用描述性的的语言来说明：一个设计得好的new-handler函数必须实现下面功能中的
15、一种。 产生更多的可用内存。这将使operator new下一次分配内存的尝试有可能获得成功。实施这一策略的一个方法是：在程序启动时分配一个大的内存块，然后在第一次调用new-handler时释 放。释放时伴随着一些对用户的警告信息，如内存数量太少，下次请求可能会失败，除非又有更多的可用空间。安装另一个不同的new- handler函数。假如当前的new-handler函数不能产生更多的可用内存，可能它会知道另一个new- handler函数可以提供更多的资源。这样的话，当前的new-handler可以安装另一个new-handler来取代它(通过调用 set_new_handler)。下一次
16、operator new调用new-handler时，会使用最近安装的那个。(这一策略的另一个变通办法是让new-handler可以改变它自己的运行行为，那么下次 调用时，它将做不同的事。方法是使new-handler可以修改那些影响它自身行为的静态或全局数据。)卸除new-handler。也就是传递空指针给set_new_handler。没有安装new-handler，operator new分配内存不成功时就会抛出一个标准的std:bad_alloc类型的异常。 抛出std:bad_alloc或从std:bad_alloc继续的其他类型的异常。这样的异常不会被operator new捕捉，
17、所以它们会被送到最初进行内存请求的地方。(抛出别的不同类型的异常会违反operator new异常规范。规范中的缺省行为是调用abort，所以new-handler要抛出一个异常时，一定要确信它是从std:bad_alloc继续来 的。想更多地了解异常规范，参见条款m14。)没有返回。典型做法是调用abort或exit。abort/exit可以在标准c库中找到(还有标准c+库，参见条款49)。上面的选择给了你实现new-handler函数极大的灵活性。处理内存分配失败的情况时采取什么方法，取决于要分配的对象的类：class x public:static voidoutofmemory();.
18、;class y public:static void outofmemory();.;x* p1 = new x; / 若分配成功，调用x:outofmemoryy* p2 = new y; / 若分配不成功，调用y:outofmemoryc+ 不支持专门针对于类的new-handler函数，而且也不需要。你可以自己来实现它，只要在每个类中提供自己版本的set_new_handler和 operator new。类的set_new_handler可以为类指定new-handler(就象标准的set_new_handler指定全局new- handler一样)。类的operator new则保
19、证为类的对象分配内存时用类的new-handler取代全局new-handler。假设处理类x内存分配失败的情况。因为operator new对类型x的对象分配内存失败时，每次都必须调用出错处理函数，所以要在类里声明一个new_handler类型的静态成员。那么类x看起来会象这样：class x public:static new_handler set_new_handler(new_handler p);static void * operator new(size_t size);private:static new_handler currenthandler;类的静态成员必须在类外定
20、义。因为想借用静态对象的缺省初始化值0，所以定义x:currenthandler时没有去初始化。new_handler x:currenthandler; /缺省设置currenthandler为0(即null)类x中的set_new_handler函数会保存传给它的任何指针，并返回在调用它之前所保存的任何指针。这正是标准版本的set_new_handler所做的：new_handler x:set_new_handler(new_handler p)new_handler oldhandler = currenthandler;currenthandler = p;return oldhan
21、dler;最后看看x的operator new所做的：1. 调用标准set_new_handler函数，输入参数为x的出错处理函数。这使得x的new-handler函数成为全局new-handler函数。 注重下面的代码中，用了:符号显式地引用std空间(标准set_new_handler函数就存在于std空间)。2. 调用全局operator new分配内存。假如第一次分配失败，全局operator new会调用x的new-handler，因为它刚刚(见1.)被安装成为全局new-handler。假如全局operator new最终未能分配到内存，它抛出std:bad_alloc异常，x的o
22、perator new会捕捉到它。x的operator new然后恢复最初被取代的全局new-handler函数，最后以抛出异常返回。3. 假设全局operator new为类型x的对象分配内存成功，, x的operator new会再次调用标准set_new_handler来恢复最初的全局出错处理函数。最后返回分配成功的内存的指针。c+是这么做的：void * x:operator new(size_t size)new_handler globalhandler = / 安装x的new_handlerstd:set_new_handler(currenthandler);void *mem
23、ory;try / 尝试分配内存memory = :operator new(size);catch (std:bad_alloc&) / 恢复旧的new_handlerstd:set_new_handler(globalhandler);throw; / 抛出异常std:set_new_handler(globalhandler); / 恢复旧的new_handlerreturn memory;假如你对上面重复调用std:set_new_handler看不顺眼，可以参见条款m9来除去它们。使用类x的内存分配处理功能时大致如下：void nomorememory();/ x的对象分配内存失败时
24、调用的new_handler函数的声明x:set_new_handler(nomorememory);/ 把nomorememory设置为x的/ new-handling函数x *px1 = new x;/ 如内存分配失败，/ 调用nomorememorystring *ps = new string;/ 如内存分配失败，调用全局new-handling函数x:set_new_handler(0);/ 设x的new-handling函数为空x *px2 = new x;/ 如内存分配失败，立即抛出异常/ (类x没有new-handling函数)你会注重到，处理以上类似情况，假如不考虑类的话，实
25、现代码是一样的，这就很自然地想到在别的地方也能重用它们。正如条款41所说明的，继续和模板可以用来设计可重用代码。在这里，我们把两种方法结合起来使用，从而满足了你的要求。你 只要创建一个“混合风格”(mixin-style)的基类，这种基类答应子类继续它某一特定的功能这里指的是建立一个类的new-handler的 功能。之所以设计一个基类，是为了让所有的子类可以继续set_new_handler和operator new功能，而设计模板是为了使每个子类有不同的currenthandler数据成员。这听起来很复杂，不过你会看到代码其实很熟悉。区别只不过是它现 在可以被任何类重用了。template
26、 / 提供类set_new_handler支持的class newhandlersupport / 混合风格”的基类public:static new_handler set_new_handler(new_handler p);static void * operator new(size_t size);private:static new_handler currenthandler;templatenew_handler newhandlersupport:set_new_handler(new_handler p)new_handler oldhandler = currenthan
27、dler;currenthandler = p;return oldhandler;templatevoid * newhandlersupport:operator new(size_t size)new_handler globalhandler =std:set_new_handler(currenthandler);void *memory;try memory = :operator new(size);catch (std:bad_alloc&) std:set_new_handler(globalhandler);throw;std:set_new_handler(globalh
28、andler);return memory;/ this sets each currenthandler to 0templatenew_handler newhandlersupport:currenthandler;有了这个模板类，对类x加上set_new_handler功能就很简单了：只要让x从newhandlersupport继续：/ note inheritance from mixin base class template. (see/ my article on counting objects for information on why/ private inherita
29、nce might be preferable here.)class x: public newhandlersupport . / as before, but no declarations for; / set_new_handler or operator new使用x的时候依然不用理会它幕后在做些什么；老代码依然工作。这很好！那些你常不去理会的东西往往是最可信赖的。使 用set_new_handler是处理内存不够情况下一种方便，简单的方法。这比把每个new都包装在try模块里当然好多了。而且， newhandlersupport这样的模板使得向任何类增加一个特定的new-hand
30、ler变得更简单。“混合风格”的继续不可避免地将话题引入到 多继续上去，在转到这个话题前，你一定要先阅读条款43。1993年前，c+一直要求在内存分配失败时operator new要返回0，现在则是要求operator new抛出std:bad_alloc异常。很多c+程序是在编译器开始支持新规范前写的。c+标准委员会不想放弃那些已有的遵循返回0规范的代 码，所以他们提供了另外形式的operator new(以及operator new见条款8)以继续提供返回0功能。这些形式被称为“无抛出”，因为他们没用过一个throw，而是在使用new的入口点采用了 nothrow对象：class widg
31、et . ;widget *pw1 = new widget;/ 分配失败抛出std:bad_alloc ifif (pw1 = 0) . / 这个检查一定失败widget *pw2 = new (nothrow) widget; / 若分配失败返回0if (pw2 = 0) . / 这个检查可能会成功不管是用“正规”(即抛出异常)形式的new还是“无抛出”形式的new，重要的是你必须为内存分配失败做好预备。最简单的方法是使用set_new_handler，因为它对两种形式都有用。4.写operator new和operator delete时要遵循常规自 己重写operator new时(条款10解释了为什么有时要重写它)，很重要的一点是函数提供的行为要和系统缺省的operator new一致。实际做起来也就是：要有正确的返回值；可用内存不够时要调用
