C++内存分配失败如何处理 set_new_handler异常处理机制详解

c++++内存分配失败时可通过set_new_handler自定义处理机制。1. 包含头文件；2. 定义无参返回void的处理函数，如释放内存、记录日志或抛出异常；3. 使用std::set_new_handler设置该函数为全局new handler；4. 在try-catch块中捕获std::bad_alloc异常进行错误处理。多线程下需用互斥锁保障线程安全。此外，还可结合内存池实现更复杂的内存管理策略。

C++内存分配失败时，通常会抛出std::bad_alloc异常。但实际上，在抛出异常之前，C++提供了一种更灵活的机制：set_new_handler。你可以利用它来自定义内存分配失败时的处理方式，比如尝试释放一些内存，记录日志，或者直接终止程序。

解决方案：

处理C++内存分配失败，核心在于使用std::set_new_handler设置一个自定义的处理函数。这个函数会在new操作符分配内存失败时被调用。

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1. 包含头文件: 首先，包含必要的头文件 .

   

2. 定义处理函数: 定义一个函数，该函数不接受任何参数，返回类型为 void。在这个函数里，你可以执行任何你想做的操作，比如释放内存，打印错误信息，或者抛出一个异常。

   

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   #include 
   #include 
   
   void myNewHandler() {
       std::cerr << "内存分配失败！正在尝试恢复...\n";
       // 尝试释放一些内存...
       // 或者抛出一个异常，终止程序
       throw std::bad_alloc(); // 确保抛出异常，否则会无限循环
   }

3. 设置新的处理函数: 使用 std::set_new_handler 函数，将你定义的处理函数设置为全局的 new handler。

   int main() {
       std::set_new_handler(myNewHandler);
   
       try {
           // 尝试分配大量内存
           int* bigArray = new int[1024 * 1024 * 1024]; // 1GB
           // 使用 bigArray...
           delete[] bigArray;
       } catch (const std::bad_alloc& e) {
           std::cerr << "捕获到 bad_alloc 异常: " << e.what() << '\n';
           // 进行错误处理
           return 1;
       }
   
       return 0;
   }

4. 异常处理: 务必使用 try-catch 块来捕获 std::bad_alloc 异常，并进行适当的错误处理。如果在 myNewHandler 中抛出了异常，那么这个异常会被 catch 块捕获。

为什么需要自定义new handler？仅仅抛出异常不够吗？

仅仅依靠std::bad_alloc异常有时候不够灵活。假设你的程序在嵌入式环境中运行，内存非常有限，抛出异常可能不是最佳选择。你可以通过自定义new handler尝试释放一些不重要的内存，然后重试分配。或者，你可以记录详细的错误信息，方便后续调试。甚至，你可以根据不同的内存分配场景设置不同的new handler。

如何在多线程环境中使用set_new_handler？

set_new_handler设置的是全局的new handler，这意味着在多线程环境下，所有的线程都会共享同一个new handler。因此，你需要考虑线程安全问题。一种简单的方法是使用互斥锁来保护new handler的设置和访问。

#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex newHandlerMutex;

void myNewHandler() {
    std::cerr << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << " 内存分配失败！\n";
    // 线程安全地释放内存或执行其他操作
    throw std::bad_alloc();
}

void threadFunction() {
    try {
        int* bigArray = new int[512 * 1024 * 1024]; // 512MB
        delete[] bigArray;
    } catch (const std::bad_alloc& e) {
        std::cerr << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << " 捕获到 bad_alloc 异常\n";
    }
}

int main() {
    std::lock_guard lock(newHandlerMutex); // 确保只有一个线程设置new handler
    std::set_new_handler(myNewHandler);

    std::thread t1(threadFunction);
    std::thread t2(threadFunction);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

除了释放内存和记录日志，new handler还能做什么？

除了释放内存和记录日志，new handler 还可以做一些更高级的事情。例如，你可以实现一个内存池，当内存分配失败时，从内存池中分配一块内存。或者，你可以根据当前的系统负载，动态调整内存分配策略。甚至，你可以实现一个自定义的内存管理器，完全控制内存的分配和释放。

#include 
#include 
#include 

// 简单的内存池示例
class MemoryPool {
public:
    MemoryPool(size_t blockSize, size_t poolSize) : blockSize_(blockSize), poolSize_(poolSize), allocated_(0) {
        pool_.resize(poolSize * blockSize);
        freeBlocks_.resize(poolSize);
        for (size_t i = 0; i < poolSize; ++i) {
            freeBlocks_[i] = &pool_[i * blockSize];
        }
    }

    void* allocate() {
        if (freeBlocks_.empty()) {
            return nullptr;
        }
        void* block = freeBlocks_.back();
        freeBlocks_.pop_back();
        allocated_++;
        return block;
    }

    void deallocate(void* block) {
        freeBlocks_.push_back(static_cast(block));
        allocated_--;
    }

    size_t getAllocated() const { return allocated_; }
    size_t getBlockSize() const { return blockSize_; }
    size_t getPoolSize() const { return poolSize_; }

private:
    size_t blockSize_;
    size_t poolSize_;
    size_t allocated_;
    std::vector pool_;
    std::vector freeBlocks_;
};

MemoryPool* g_memoryPool = nullptr;

void myNewHandler() {
    std::cerr << "内存分配失败！尝试从内存池分配...\n";
    if (g_memoryPool) {
        void* block = g_memoryPool->allocate();
        if (block) {
            // 找到可用的内存块，但不能直接返回。需要抛出异常，然后被catch，重新分配
            throw std::bad_alloc(); // 抛出异常，让new操作符再次尝试分配
        } else {
            std::cerr << "内存池也耗尽了！\n";
            throw std::bad_alloc();
        }
    } else {
        std::cerr << "内存池未初始化！\n";
        throw std::bad_alloc();
    }
}

int main() {
    g_memoryPool = new MemoryPool(1024, 100); // 100个1KB的块
    std::set_new_handler(myNewHandler);

    try {
        // 尝试分配超过内存池大小的内存
        std::vector allocatedBlocks;
        for (int i = 0; i < 150; ++i) {
            void* block = new char[1024]; // 每次分配1KB
            allocatedBlocks.push_back(block);
        }

        // 释放分配的内存
        for (void* block : allocatedBlocks) {
            delete[] static_cast(block);
        }

    } catch (const std::bad_alloc& e) {
        std::cerr << "捕获到 bad_alloc 异常: " << e.what() << '\n';
        std::cerr << "已分配的内存块数量: " << g_memoryPool->getAllocated() << '\n';
        delete g_memoryPool;
        return 1;
    }

    delete g_memoryPool;
    return 0;
}

这个例子展示了如何使用new handler从一个简单的内存池中分配内存。请注意，这个例子只是一个简单的演示，实际的内存池实现会更复杂，需要考虑线程安全，内存碎片等问题。