C++中动态内存申请的结果

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：

int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
       
if( p !=  NULL )
{
    // ... ...
}

       1，这种写法合理；

    2，C++ 代码：

int* p = new int[10];
       
if( p != NULL )
{
    // ... ...
}

       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：

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

       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：

int main(int argc, char* argv[])
{
    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；
           
     // ... ...
           
     return 0;
}

      

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：

#include <iostream>
#include <new>
#include <cstdlib>
#include <exception>

using namespace std;

class Test
{
    int m_value;
public:
    Test()
    {
        cout << "Test()" << endl;
        
        m_value = 0;
    }
    
    ~Test()
    {
        cout << "~Test()" << endl;  
    }
    
    void* operator new (unsigned int size) throw()
    {
        cout << "operator new: " << size << endl;
        
        // return malloc(size);
        
        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)；
    }
    
    void operator delete (void* p)
    {
        cout << "operator delete: " << p << endl;
        
        free(p);
    }
    
    void* operator new[] (unsigned int size) throw()
    {
        cout << "operator new[]: " << size << endl;
        
        // return malloc(size);
        
        return NULL;
    }
    
    void operator delete[] (void* p)
    {
        cout << "operator delete[]: " << p << endl;
        
        free(p);
    }
};

void my_new_handler()
{
    cout << "void my_new_handler()" << endl;
}

/* 证明 new_handler() 函数存在 */
void ex_func_1()
{
    /* 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； */
    new_handler func = set_new_handler(my_new_handler);  
    
    try
    {
        cout << "func = " << func << endl;
        
        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；
        {
            func();
        }
    }
    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；
    {
        cout << "catch(const bad_alloc&)" << endl;
    }
}

void ex_func_2()
{
    Test* pt = new Test();
    
    cout << "pt = " << pt << endl;
    
    delete pt;
    
    pt = new Test[5];
    
    cout << "pt = " << pt << endl;
    
    delete[] pt; 
}

/* 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 */
void ex_func_3()
{
    /* 这个语句是 C++ 标准语法，只是之前没见过而已 */
    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；
    
    // ... ...
    
    delete[] p; 
    
    /* 上面 new 的写法也可以写成下面的形式 */
    
    int bb[2] = {0}; 
    
    struct ST
    {
        int x;
        int y;
    };
    
    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；
    
    /* 对创建的对象赋值 */
    pt->x = 1;
    pt->y = 2;
    
    /* 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 */
    cout << bb[0] << endl;  // 打印 1
    cout << bb[1] << endl;  // 打印 2
    
    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；
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // ex_func_1();  
    // ex_func_2();
    // ex_func_3();
    
    return 0;
}

    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；