读书笔记 effective c++ Item 52 如果你实现了placement new,你也要实现placement delete

1. 调用普通版本的operator new抛出异常会发生什么？

Placement new和placement delete不是C++动物园中最常遇到的猛兽，所以你不用担心你对它们不熟悉。当你像下面这样实现一个new表达式的时候，回忆一下Item 16和Item 17：

Widget *pw = new Widget;

两个函数会被调用：一个是调用operator new来分配内存，第二个是Widget的默认构造函数。

假设第一个调用成功了，但是调用第二个函数抛出了异常。在这种情况下，对步骤一中执行的内存分配必须进行回滚。否则就会发生内存泄漏。客户端代码不能释放内存，因为如果Widget构造函数抛出了异常，pw永远不会赋值。客户端就没有办法得到指向需要释放内存的指针。对步骤一进行回滚的责任就落在了C++运行时系统身上。

运行时系统很高兴去调用与步骤1中调用的operator new版本相对应的operator delete，但是只有在它知道哪个operator delete（可能有许多）是合适的被调用函数的情况下才能做到。如果你正在处理的new和delete版本有着正常的签名，那么这不是一个问题，因为正常的operator new，

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

对应着正常的operator delete:

void operator delete(void *rawMemory) throw();     // normal signature
// at global scope

void operator delete(void *rawMemory, std::size_t size) throw();   // typical normal signature at class  scope

2. 调用自定义operator new抛出异常会发生什么？

2.1 一个有问题的例子

如果你正在使用普通形式的new和delete,运行时系统能够找到new对应版本的delete来执行回滚操作。然而，如果你开始声明非普通版本的new——也就是生成一个带参数的版本，“哪个delete才是new对应的版本”这个问题就出现了。

例如，假设你实现了一个类特定版本的operator new，它需要指定一个ostream来为内存分配信息进行记录，你同样实现了一个普通的类特定版本的operator delete:

class Widget {
public:
...

static void* operator new(std::size_t size,

// non-normal
std::ostream& logStream)                    // form of new
throw(std::bad_alloc);
static void operator delete(void *pMemory, // normal class
std::size_t size) throw(); // specific form
// of delete
...
};

2.2 对相关术语的说明

这个设计是有问题的，但是在我们讨论原因之前，我们需要对相关术语进行说明。

当一个operator new函数带了额外的参数（除了必须要带的size_t参数）的时候，我们知道这是new的placement版本。上面的operator new就是这样一个placement版本。一个尤为有用的placement new是带有一个指针参数，指定对象应该在哪里被构建。它会像下面这个样子：

void* operator new(std::size_t, void *pMemory) throw(); // “placement
// new”

这个版本的new是C++标准库的一部分，只要你#inlucde <new>就能够访问它。它也用来在vector的未被使用的空间中创建对象。它还是最早的placement new。事实上，这也是这个函数的命名依据：在特定位置上的new。这就意味着“placement new”被重载了。大多情况下当人们谈到placement new的时候，它们讨论的是这个特定的函数，也即是带有一个void *额外参数的operator new。少数情况下，它们讨论的是带有额外参数的任意版本的operator new。程序的上下文往往会清除这种模棱两可，但是明白普通术语“placement new”意味着带额外参数的任意new版本是很重要的事，因为“placement delete”(我们一会会碰到)直接派生自它。

2.3 如何解决问题

现在让我们回到对Widget 类的声明上来，我在前面说过这个设计是有问题的。难点在于这个类会发生微妙的内存泄漏。考虑下面的客户代码，在动态创建一个Widget的时候它将内存分配信息记录到cerr中：

Widget *pw = new (std::cerr) Widget; // call operator new, passing cerr as
// the ostream; this leaks memory
// if the Widget constructor throws

还是上次的问题，当内存分配成功了，但是Widget构造函数抛出了异常，运行时系统有责任将operator new执行的分配工作进行回滚。然而，运行时系统不能够真正明白被调用的operator new版本是如何工作的，所以它不能够自己进行回滚操作。相反，运行时系统会寻找一个operator delete，它和operator new带有相同数量和类型的额外参数，如果找到了，那么这个就是它要调用的版本。在上面的例子中，operator new带有一个额外的参数ostream&,所以对应的operator delete就是：

void operator delete(void*, std::ostream&) throw();

同new的placement 版本进行对比，带有额外参数的operator delete版本被叫做placement delete。在这种情况下，Widget没有声明operator delete的placement 版本，所以运行时系统不知道如何对placement new的操作进行回滚。因此它不会做任何事情。在这个例子中，如果Widget构造函数抛出异常之后没有operator delete会被调用！

规则很简单：如果一个带了额外的参数operator new 没有与之相匹配的带有相同额外参数的operator delete版本，如果new的内存分配操作需要被回滚那么没有operator delete会被调用。为了消除上面代码的内存泄漏，Widget需要声明一个与记录日志的placement new版本相对应的placement delete：

class Widget {
public:
...

static void* operator new(std::size_t size, std::ostream& logStream)
throw(std::bad_alloc);
static void operator delete(void *pMemory) throw();
static void operator delete(void *pMemory, std::ostream& logStream)
throw();
...
};

有了这个改动，在下面的语句中，如果异常从Widget构造函数中抛出来：

Widget *pw = new (std::cerr) Widget; // as before, but no leak this time

对应的placement delete会被自动被调用，这就让Widget确保没有内存被泄漏。

3. 调用delete会发生什么？

然而，考虑如果没有异常被抛出的时候会发生什么，我们会在客户端代码中进行delete:

delete pw; // invokes the normal
// operator delete

正如注释所说明的，这会调用普通的operator delete，而不是placement 版本。Placement delete只有在构造函数中调用与之相匹配的placement new时抛出异常的时候才会被触发。对一个指针使用delete（就像上面的pw一样）永远不会调用delete的placement版本。

这就意味着为了对new的placement 版本造成的内存泄漏问题进行先发制人，你必须同时提供operator delete的普通版本（在构造期间没有异常抛出的时候调用），以及和placement new带有相同额外参数的placement版本（抛出异常时调用）。做到这一点，在内存泄漏的微妙问题上你就永远不需要在辗转反侧难以入睡了。

4. 注意名字隐藏问题

顺便说一下，因为成员函数名字会隐藏外围作用域中的相同的名字（见Item 33）,你需要小心避免类特定的new版本把客户需要的其他版本隐藏掉（包括普通版本）。例如如果你有一个基类只声明了一个operator new的placement 版本，客户将会发现它们不能再使用new的普通版本了：

class Base {
public:
...
static void* operator new(std::size_t size, // this new hides
std::ostream& logStream) // the normal
throw(std::bad_alloc); // global forms
...
};

Base *pb = new Base;                  // error! the normal form of
// operator new is hidden

Base *pb = new (std::cerr) Base; // fine, calls Base’s
// placement new

类似的，派生类中的operator new会同时把operator new的全局版本和继承版本隐藏掉：

class Derived: public Base {         // inherits from Base above

public:
...
static void* operator new(std::size_t size) // redeclares the normal
throw(std::bad_alloc); // form of new
...
};
Derived *pd = new (std::clog) Derived; // error! Base’s placement
// new is hidden
Derived *pd = new Derived; // fine, calls Derived’s
// operator new

Item 33中非常详细的讨论了这种类型的名字隐藏，但是为了实现内存分配函数，你需要记住的是默认情况下，C++在全局范围内提供了如下版本的operator new:

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

void* operator new(std::size_t, void*) throw();    // placement new

void* operator new(std::size_t,                             // nothrow new —
const std::nothrow_t&) throw(); // see Item 49

如果你在类中声明了任何operator new，你就会隐藏这些标准版本。除非你的意图是防止客户使用这些版本，否则除了任何你所创建的自定义operator new版本之外，确保这些标准版本能够被客户所用。对每个你所提供的operator new，确保同时提供相对应的operator delete。如果你想让这些函数的行为同普通函数一样，让你的类特定版本调用全局版本就可以了。

实现这个目的的一种简单的方法是创建一个包含所有new 和delete版本的基类：

class StandardNewDeleteForms {
public:
// normal new/delete
static void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{ return ::operator new(size); }
static void operator delete(void *pMemory) throw()
{ ::operator delete(pMemory); }

// placement new/delete
static void* operator new(std::size_t size, void *ptr) throw()
{ return ::operator new(size, ptr); }
static void operator delete(void *pMemory, void *ptr) throw()
{ return ::operator delete(pMemory, ptr); }
// nothrow new/delete
static void* operator new(std::size_t size, const std::nothrow_t& nt) throw()
{ return ::operator new(size, nt); }
static void operator delete(void *pMemory, const std::nothrow_t&) throw()
{ ::operator delete(pMemory); }
};

客户如果想在自定义版本的基础上增加标准版本，只需要继承这个基类然后使用using声明就可以(Item 33）获得标准版本：

class Widget: public StandardNewDeleteForms {       // inherit std forms

public:

using StandardNewDeleteForms::operator new; // make those

using StandardNewDeleteForms::operator delete;    // forms visible

static void* operator new(std::size_t size,        // add a custom

std::ostream& logStream) // placement new
throw(std::bad_alloc);
static void operator delete(void *pMemory, // add the corres
std::ostream& logStream) // ponding place
throw(); // ment delete
...
};

5. 总结

当你实现operator new的placement版本的时候，确保实现与之相对应的operator delete placement版本。如果你不进行实现，有的程序会发生微妙的，间歇性的内存泄漏。

当你声明new和delete的placement版本的时候，确保不要无意间隐藏这些函数的普通版本。