C与C++中的异常处理9

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1.     placement new 和placement delete,及处理构造函数抛出的异常

    当被调用了来清理部分构造时,operator delete的第一个void *参数带的是对象的地址(刚刚由对应的operator new返回的)。operator delete的所有额外placement参数都和传给operator new的相应参数的值相匹配。

    在代码里,语句

p = new(n1, n2, n3) T(c1, c2, c3);

的效果是

p = operator new(sizeof(T), n1, n2, n3);

T(p, c1, c2, c3);

 

    如果T(p, c1, c2, c3)构造函数抛出了一个异常,程序暗中调用

operator delete(p, n1, n2, n3);

    原则:当释放一个部分构造的对象时,operator delete从原始的new语句知道上下文。

 

1.1     Placement operator delete的参数

    要证明这点,增强我们的例子来跟踪相应的参数值:

// Example 11

 

#include <iostream>

#include <memory>

 

class B

   {

public:

   B(int const ID) : ID_(ID)

      {

      std::cout << ID_ << " B::B enter" << std::endl;

      if (ID_ > 2)

         {

         std::cout << std::endl;

         std::cout << "  THROW" << std::endl;

         std::cout << std::endl;

         throw 0;

         }

      std::cout << ID_ << " B::B exit" << std::endl;

      }

   ~B()

      {

      std::cout << ID_ << " B::~B" << std::endl;

      }

   //

   // non-placement

   //

   void *operator new(size_t const n)

      {

      void *const p = ::operator new(n);

      std::cout << "  B::operator new(" << n <<

            ") => " << p << std::endl;

      return p;

      }

   void operator delete(void *const p)

      {

      std::cout << "  B::operator delete(" << p <<

            ")" << std::endl;

      ::operator delete(p);

      }

   //

   // placement

   //

   void *operator new(size_t const n, int const i)

      {

      void *const p = ::operator new(n);

      std::cout << "  B::operator new(" << n <<

            ", " << i << ") => " << p << std::endl;

      return p;

      }

   void operator delete(void *const p, int const i)

      {

      std::cout << "  B::operator delete(" << p <<

            ", " << i << ")" << std::endl;

      ::operator delete(p);

      }

private:

   int const ID_;

   };

 

class A

   {

public:

   A() : b1(new(11) B(1)), b2(new(22) B(2)), b3(new(33) B(3))

      {

      std::cout << "  A::A" << std::endl;

      }

   ~A()

      {

      std::cout << "  A::~A" << std::endl;

      }

private:

   std::auto_ptr<B> const b1;

   std::auto_ptr<B> const b2;

   std::auto_ptr<B> const b3;

   };

 

int main()

   {

   try

      {

      A a;

      }

   catch(...)

      {

      std::cout << std::endl;

      std::cout << "  CATCH" << std::endl;

      std::cout << std::endl;

      }

   return 0;

   }

    用Visual C++ 6编译并运行。在我的机器上的输出是:

  B::operator new(4, 11) => 007E0490

1 B::B enter

1 B::B exit

  B::operator new(4, 22) => 007E0030

2 B::B enter

2 B::B exit

  B::operator new(4, 33) => 007E0220

3 B::B enter

 

  THROW

 

  B::operator delete(007E0220, 33)

2 B::~B

  B::operator delete(007E0030)

1 B::~B

  B::operator delete(007E0490)

 

  CATCH

 

    注意这些数字:

l         4是每个被分配的B对象的大小的字节数。这个值在不同的C++实现下差异很大。

l         如007E0490这样的值是operator new返回的对象的地址,作为this指针传给T的成员函数的,并作为void *型指针传给operator delete。你看到的值几乎肯定和我的不一样。

l         11,22和33是最初传给operator new的额外placement参数,并在部分构造时传给相应的placement operator delete。

 

1.2     手工调用operator delete

    所有这些operator new和operator delete的自动匹配是很方便的,但它只在部分构造时发生。对通常的完全构造,operator delete不是被自动调用的,而是通过明确的delete语句间接调用的:

p = new(1) B(2); // calls operator new(size_t, int)

// ...

delete p;        // calls operator delete(void *)

    这样的顺序其结果是调用placement operator new和非placement operator delete,即使你有对应的(placement)operator delete可用。

    虽然你很期望,但你不能用这个方法强迫编译器调用placement operator delete:

delete(1) p; // error

而必须手工写下delete语句将要做的事:

p->~B();                  // call *p's destructor

B::operator delete(p, 1); // call placement

                          //  operator delete(void *, int)

    要和自动调用operator delete时的行为保持完全一致,你必须保存通过new语句传给operator new的参数,并将它们手工传给operator delete。

p = new(n1, n2, n3) B;

// ...

p->~B();

B::operator delete(p, n1, n2, n3);

 

1.3     其它非placement delete

    贯穿整个这个专题,我说了operator new和operator delete分类如下:

函数对

l         void *operator new(size_t)

l         void operator delete(void *)

是非placement分配和释放函数。

所有如下形式的函数对

l         void *operator new(size_t, P1, ..., Pn)

l         void operator delete(void *, P1, ..., Pn)

是placement分配和释放函数。

    我这样说是因为简洁,但我现在必须承认撒了个小谎:

void operator delete(void *, size_t)

也可以是一个非placement释放函数而匹配于

void *operator new(size_t)

虽然它有一个额外参数。如你所猜想,operator delete的size_t参数带的是传给operator new的size_t的值。和其它额外参数不同,它是提供完全构造的对象用的。

    在我们的例子中,将这个size_t参数加到非placement operator delete上:

// Example 12

 

// ... preamble unchanged

 

class B

   {

   void operator delete(void * const p, size_t const n)

      {

      std::cout << "  B::operator delete(" << p <<

            ", " << n << ")" << std::endl;

      ::operator delete(p);

      }

   // ... rest of class B unchanged

   };

 

// ... class A and main unchanged

The results:

 

  B::operator new(4, 11) => 007E0490

1 B::B enter

1 B::B exit

  B::operator new(4, 22) => 007E0030

2 B::B enter

2 B::B exit

  B::operator new(4, 33) => 007E0220

3 B::B enter

 

  THROW

 

  B::operator delete(007E0220, 33)

2 B::~B

  B::operator delete(007E0030, 4)

1 B::~B

  B::operator delete(007E0490, 4)

 

  CATCH

    注意,为完全构造的对象,将额外的参数4提供给了operator delete。

 

1.4     显而易见的矛盾

    你可能奇怪:C++标准允许非placement operator delete自动知道一个对象的大小,却否定了placement operator delete可具有相同的能力。要想使它们保持一致,一个placement分配函数

void *operator new(size_t, P1, P2, P3)

应该匹配于这样一个placement释放函数

void operator delete(void *, size_t, P1, P2, P3)

   但事实不是这样,这两个函数不匹配。为什么语言被这样设计?我猜有两个原因:效率和清晰。

    大部分情况下,operator delete不需要知道一个对象的大小;强迫函数任何时候都接受大小参数是低效的。并且,如果标准允许size_t参数可选,这样的含糊将造成:

void operator delete(void *, size_t, int)

在不同的环境下有不同的意义,决定它将匹配哪个:

void *operator new(size_t, int)

还是

void *operator new(size_t, size_t, int)

    如果因下面的语句抛了个异常而被调用:

p = new(1) T; // calls operator new(size_t, int)

operator delete的size_t参数将是sizeof(T);但如果是被调用时是

p = new(1, 2) T; // calls operator new(size_t, size_t, int)

operator delete的size_t参数将是new语句的第一个参数值(这里是1)。于是,operator delete将不知道怎么解释它的size_t值。

    我估计,你可能想知道是否非placement的函数

void operator delete(void *, size_t)

同时作为一个placement函数匹配于

void *operator new(size_t, size_t)

    如果它被允许,operator delete将遇到前面讲的同样问题。而不被允许的话, C++标准将需要其规则的一个例外。

    我没发现规则的这样一个例外。我试过几个编译器,— including EDG’s front end, my expert witness on such matters — 并认为:

void operator delete(void *, size_t)

实际上能同时作为一个placement释放函数和一个非placement释放函数。这是个重要的提醒。

    如果你怀疑我,就将例12的placement operator delete移掉。

// Example 13

 

// ... preamble unchanged

 

class B

   {

//   void operator delete(void *const p, int const i)

//     {

//      std::cout << "  B::operator delete(" << p <<

//            ", " << i << ")" << std::endl;

//     ::operator delete(p);>

//      }

   // ... rest of class B unchanged

   };

 

// ... class A and main unchanged

 

    现在,类里有一个operator delete匹配于两个operator new。其输出结果和例12仍然相同。(WQ注:结论是正确的,但不同的编译器下对例12到例14的反应相差很大,很是有趣!)

 

1.5     结束

    两个最终要点:

l         贯穿我整个对::operator new和B::operator delete的讨论,我总是将函数申明为非static。通常这样的申明意味着有this指针存在,但这些函数的行为象它们没有this指针。实际上,在这些函数来试图引用this,你将发现代码不能编译。不象其它成员函数,operator new和operator delete始终是static的,即使你没有用static关键字。

l         无论我在哪儿提到operator new和operator delete,你都可以用operator new[] 和operator delete[]代替。相同的模式,相同的规则,和相同的观察结果。(虽然Visual C++标准运行库的<new>中缺少operator new[]和operator delete[],编译器仍然允许你定义自己的数组版本。)

l

    我想,这个结束了我对plcement new和delete及它们在处理构造函数抛出的异常时扮演的角色的解释。下次,我将介绍给你一个不同的技巧来容忍构造函数抛出的异常。

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