标准头文件<new>中的std::nothrow和std::new_handler有什么用途？

Question

我发现了一个小型的标准头文件<new>。可能之前我没有直接使用过它。以下是我感兴趣的部分：这里是g++版本，供有兴趣的人参考。

  struct nothrow_t { };
  extern const nothrow_t nothrow;
  /** If you write your own error handler to be called by @c new, it must
   *  be of this type.  */
  typedef void (*new_handler)();
  /// Takes a replacement handler as the argument, returns the previous handler.
  new_handler set_new_handler(new_handler) throw();

1. 程序员如何使用struct nothrow_t及其对象nothrow？对象是否需要被声明为extern？
2. new_handler在什么情况下会被使用？
3. 为什么所有的operator new/delete都要在extern C++块中声明？

- iammilind

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不是重复的问题，但是这个问题的答案可以回答你的一些问题：我应该如何编写符合ISO C++标准的自定义new和delete运算符？ - Alok Save

Answer 1

nothrow_t 用于告诉 operator new 以向后兼容的“在失败时返回 Null 而不是抛出异常”的模式进行操作。

也就是说，如果您看到以下代码：

int * idx = new(std::nothrow) int;

这里用到的是nothrow_t。有关标准中相关部分，请从（截至C++11 N3376）17.6.4.6 [replacement.functions]/1开始，然后向下查找。

回答您的具体问题：

1. 根据18.6 [support.dynamic]/1的规定，这确实必须是extern的，其中包括：

   namespace std {
       class bad_alloc;
       class bad_array_new_length;
       struct nothrow_t {};
       extern const nothrow_t nothrow;
       typedef void (*new_handler)();
       new_handler get_new_handler() noexcept;
       new_handler set_new_handler(new_handler new_p) noexcept;
   }
   

   此外，17.6.2.3 [using.linkage]/1说“C++标准库中的实体具有外部链接性（3.5）”。函数和类（例如上面的get_new_handler和set_new_handler）不需要显式注释为具有外部链接性，因为它们默认具有外部链接性。

2. 当用户通过调用set_new_handler覆盖正在使用的默认operator new时，会使用new_handler。它只是一个函数指针类型。

3. 可能是因为operator new的签名在C中没有被保留。extern "C++"告诉编译器可以对这些函数进行名称重整和其他特定于C ++的操作。这样，您可以将一个翻译单元编译为C，将另一个翻译单元编译为C ++，并将它们链接到相同的二进制文件中，而不必担心C语言中的某个人定义了与编译器的operator new冲突的函数。

- Billy ONeal

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关于第二点，请提供参考/示例。 cplusplus 的示例很令人困惑。它是否只适用于重载的 new？我认为它也适用于现有的 operator new。 - iammilind

@iammilind：我从未使用过这个功能，所以现在提供示例让我感到有些不舒服，在一般情况下，我认为这通常是一个坏主意。虽然它在语言中有用例，但我会感到惊讶，如果超过0.001％的程序这样做。（即使在人们想要使用自定义分配器的情况下，他们通常会为特定类型覆盖new；或者只是制作一个std::allocator实现，而不是覆盖全局operator new） - Billy ONeal

@iammilind：我不明白你所说的“重载new”和“现有的operator new”之间的区别。 set_new_handler仅覆盖全局operator new实现。如果存在类型特定的operator new重载，则将使用该重载，即使某人在其他地方调用了set_new_handler。 - Billy ONeal

Answer 2

好的，这是一个“请阅读文档”的问题。任何一本关于C++的好入门书都应该讨论nothrow。例如，Bjarne的《C++程序设计语言》中有涉及。

但无论如何，你可以使用nothrow将std::bad_alloc异常转换为空指针结果，并使用new handler来可能重试失败的分配。

实际上，当你使用nothrow功能时，记得在new前面加上::，并且通常在使用全局放置new时也要这样做，以避免从类中获取放置new。除了通常应避免使用放置new（作为非常低级别的语言特性），我会将这个习惯用于即使在技术上没有意义时也要这样做。

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示例：

#include <iostream>     // std::wcout, std::endl
#include <stdlib.h>     // EXIT_FAILURE, EXIT_SUCCESS
#include <new>          // std::nothrow
using namespace std;

int main()
{
    int* const p = ::new( std::nothrow ) int[0x7fffffff/sizeof(int)];
    if( !p )
    {
        cout << "Allocation failed!" << endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }
    cout << "Alles success!" << endl;
    delete[] p;
    return EXIT_SUCCESS;
}

我的系统输出：

[D:\dev\test]
> a
分配失败！
[D:\dev\test]
> _

请注意，以上假设为32位进程 :)

- Cheers and hth. - Alf

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+1 -- 注意以上假设是在32位机器和32位进程下 :) （并且int至少有32位的存储空间） - Billy ONeal

@Billy：谢谢，我本来想加那个注释的，但是我妈妈刚起床，总是要求关注。无论如何，虽然你的用心良苦，请不要更正我的代码。你添加的更正（<stdlib.h>-> <cstdlib>）是不好的。使用<cstdlib>头文件并没有任何优势，反而有一些缺点。将好的代码改为使用该头文件尤其不好。 - Cheers and hth. - Alf

@Billy：另一方面，“int至少有32位存储空间”是不正确的。它并没有。int至少有16位存储空间，仅此而已。 - Cheers and hth. - Alf

在使用new(nothrow)时，是否将::放在其前面是一个好的习惯还是必须这样做？ - iammilind

@Cheersandhth.-Alf：1.我改了它，因为这是一个C++问题。我认为这样做的好处在于与C++标准库中的其他头文件保持一致。但好吧，我不会再改回去了。2.不，你的常量0x7fffffff是int类型，需要32位存储空间。如果int只有16位，则行为将是未定义的（有符号整数溢出是未定义的）。 - Billy ONeal