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Item 51：寫new和delete時請遵循慣例

編輯：關於C++

Item 51: Adhere to convention when writing new and delete.

Item 50介紹了如何自定義new和delete但沒有解釋你必須遵循的慣例，這些慣例中有些並不直觀，所以你需要記住它們！

operator new需要無限循環地獲取資源，如果沒能獲取則調用”new handler”，不存在”new handler”時應該拋出異常；
operator new應該處理size == 0的情況；
operator delete應該兼容空指針；
operator new/delete作為成員函數應該處理size > sizeof(Base)的情況（因為繼承的存在）。
外部operator new

Item 49指出了如何將operator new重載為類的成員函數，在此我們先看看如何實現一個外部（非成員函數）的operator new：operator new應當有正確的返回值，在內存不足時應當調用”new handler”，請求申請大小為0的內存時也可以正常執行，避免隱藏全局的（”normal form”）new。
- 給出返回值很容易。當內存足夠時，返回申請到的內存地址；當內存不足時，根據Item 49描述的規則返回空或者拋出bad_alloc異常。
- 每次失敗時調用”new handler”，並重復申請內存卻不太容易。只有當”new handler”為空時才應拋出異常。
- 申請大小為零時也應返回合法的指針。允許申請大小為零的空間確實會給編程帶來方便。
  考慮到上述目標，一個非成員函數的operator new大致實現如下：
```
void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
    if(size == 0) size = 1;
    while(true){
        // 嘗試申請
        void *p = malloc(size);

        // 申請成功
        if(p) return p;

        // 申請失敗，獲得new handler
        new_handler h = set_new_handler(0);
        set_new_handler(h);

        if(h) (*h)();
        else throw bad_alloc();
    }
}
```
  - size == 0時申請大小為1看起來不太合適，但它非常簡單而且能正常工作。況且你不會經常申請大小為0的空間吧？
  - 兩次set_new_handler調用先把全局”new handler”設置為空再設置回來，這是因為無法直接獲取”new handler”，多線程環境下這裡一定需要鎖。
  - while(true)意味著這可能是一個死循環。所以Item 49提到，”new handler”要麼釋放更多內存、要麼安裝一個新的”new handler”，如果你實現了一個無用的”new handler”這裡就是死循環了。
    成員operator new
    
    重載operator new為成員函數通常是為了對某個特定的類進行動態內存管理的優化，而不是用來給它的子類用的。因為在實現Base::operator new()時，是基於對象大小為sizeof(Base)來進行內存管理優化的。
    
    當然，有些情況你寫的Base::operator new是通用於整個class及其子類的，這時這一條規則不適用。
```
class Base{
public:
    static void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
};
class Derived: public Base{...};

Derived *p = new Derived;       // 調用了 Base::operator new ！
```
    子類繼承Base::operator new()之後，因為當前對象不再是假設的大小，該方法不再適合管理當前對象的內存了。可以在Base::operator new中判斷參數size，當大小不為sizeof(Base)時調用全局的new：
```
void *Base::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc){
    if(size != sizeof(Base)) return ::operator new(size);
    ...
}
```
    上面的代碼沒有檢查size == 0！這是C++神奇的地方，大小為0的獨立對象會被插入一個char（見Item 39）。所以sizeof(Base)永遠不會是0，所以size == 0的情況交給::operator new(size)去處理了。
    
    這裡提一下operator new[]，它和operator new具有同樣的參數和返回值，要注意的是你不要假設其中有幾個對象，以及每個對象的大小是多少，所以不要操作這些還不存在的對象。因為：
    1. 你不知道對象大小是什麼。上面也提到了當繼承發生時size不一定等於sizeof(Base)。
    2. size實參的值可能大於這些對象的大小之和。因為Item 16中提到，數組的大小可能也需要存儲。
      外部operator delete
      
      相比於new，實現delete的規則要簡單很多。唯一需要注意的是C++保證了delete一個NULL總是安全的，你尊重該慣例即可。
      
      同樣地，先實現一個外部（非成員）的delete：
```
void operator delete(void *rawMem) throw(){
    if(rawMem == 0) return; 
    // 釋放內存
}
```
      成員operator delete
      
      成員函數的delete也很簡單，但要注意如果你的new轉發了其他size的申請，那麼delete也應該轉發其他size的申請。
```
class Base{
public:
    static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
    static void operator delete(void *rawMem, std::size_t size) throw();
};
void Base::operator delete(void *rawMem, std::size_t size) throw(){
    if(rawMem == 0) return;     // 檢查空指針
    if(size != sizeof(Base)){
        ::operator delete(rawMem);
    }
    // 釋放內存
}
```
      注意上面的檢查的是rawMem為空，size是不會為空的。
      
      其實size實參的值是通過調用者的類型來推導的（如果沒有虛析構函數的話）：
```
Base *p = new Derived;  // 假設Base::~Base不是虛函數
delete p;               // 傳入`delete(void *rawMem, std::size_t size)`的`size == sizeof(Base)`。
```
      如果Base::~Base()聲明為virtual，則上述size就是正確的sizeof(Derived)。這也是為什麼Item 7指出析構函數一定要聲明virtual。