Park Wooseong

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operator new

반환 값이 제대로 되어 있어야 하고, 가용 메모리가 부족할 경우에는 new 처리자 함수를 호출해야 한다.

요청된 메모리를 마련해 줄 수 있으면 그 메모리에 대한 포인터를 반환하는 것으로 끝이다. 메모리를 마련해 줄 수 없는 경우가 문제인데, 이 경우에는 항목 49에서 이야기한 규칙을 따라서 bad_alloc 타입의 예외를 던지게 하면 된다.

간단하지는 않다. operator new는 메모리 할당이 실패할 때마다 new 처리자 함수를 호출하는 식으로 메모리 할당을 2회 이상 시도하기 때문이다. 즉, 어떤 메모리를 해제하는 데 실마리가 되는 동작을 new 처리자 함수 쪽에서 할 수 있을 것으로 가정한다. operator new가 예외를 던지게 되는 경우는 오직 new 처리자 함수에 대한 포인터기 null일 때뿐이다.

크기가 없는(0 바이트) 메모리 요청에 대한 대비책을 갖춰 두어야 한다.

0바이트가 요구되었을 때조차도 operator new 함수는 적법한 포인터를 반환해야 한다.

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// 비멤버 버전의 operator new 함수 의사코드

// 다른 매개변수를 추가로 가질 수 있다.
void * operator new(std::size_t) throw(std::bac_alloc) 
{
    using namespace std;
    if (size == 0) {
        // 0 바이트 요청이 들어오면 1 바이트 요구로 간주하고 처리
        size = 1; 
    }

    while(true) {
        size 바이트를 할당한다.
        if (할당 성공시)
          return (할당된 메모리에 대한 포인터);

        // 할당 실패시 현재 new 처리자 함수가 어느 것으로 설정되어 있는지 찾는다.
        new_handler globalHandler = set_new_handler(0);
        set_new_handler(globalHandler);

        if(globalHandler) (*globalHandler)();
        else throw std::bac_alloc();
  }
}

operator new 함수의 무한 루프

루프를 빠져나오는 조건

  • 메모리 할당이 성공한다.
  • 가용 메모리를 늘린다.
  • 다른 new 처리자를 설치한다
  • new 처리자의 설치를 제거한다
  • bad_alloc 혹은 bad_alloc에서 파생된 타입의 예외를 던진다.
  • 아예 함수 복귀를 포기하고 도중 중단을 시킨다.

할당을 시도하는 메모리의 크기가 size바이트로 되어 있다.

operator new멤버 함수는 파생 클래스 쪽으로 상속이 되는 함수이다. 그러나 상속으로 인하여 파생 클래스 객체를 담을 메모리를 할당하는 데 기본 클래스의 operator new 함수가 호출될 수 있다.

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class Base
{
public:
    static void * operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
    ...
};
// Derived에서는 `operator new가 선언되지 않았다.
class Derived : public Base {...};
// Base::operator new가 호출된다.
derived * p = new Derived;

이에 대한 해결 방법은 “틀린” 메모리 크기가 들어왔을 때를 시작부분에서 확인한 후에 표준 operator new를 호출하는 쪽으로 살작 비껴가게 하여 해결할 수 있다.

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void * Base::operator new (std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
    if (size != sizeof(Base))
    {
      // 틀린 크기가 들어오면 표준 operator new 쪽에서 메모리 할당 요구를 처리
      return ::operator new(size); 
    }

    // 맞는 크기가 들어오면 메모리 할당 요구를 여기서 처리한다.
}

C++에는 모든 독립구조(freestanding)의 객체는 반드시 크기가 0이 넘어야 한다는 금기사항이 있다. 그 덕분에 sizeof(Base) 가 0이 될 일은 없다. 따라서 size가 0이면 if 문이 거짓이 되어 메모리 처리 요구가 ::operator new 쪽으로 넘어간다.

배열에 대한 메모리 할당을 클래스 전용 방식으로 하고 싶다면 operator new[]를 구현하면 된다. operator new[] 안에서 해줄 일은 단순히 원시 메모리 덩어리를 할당하는 것 밖에 없다. 이 시점에서는 배열 메모리에 아직 생기지도 않은 클래스 객체에 대해서 아무것도 할 수 없다. 배열 안에 몇 개의 객체가 들어갈지 계산하는 것조차도 안된다.

  1. 객체 하나가 얼마나 큰지를 확정할 방법이 없다. 상속때문에 파생 클래스 객체의 배열을 할당하는 데 기본 클래스 operator new[] 함수가 호출될 수 있다. 파생 클래스 객체는 대체적으로 기본 클래스 객체보다 더 크다는 것도 문제이다. 그렇기 때문에 Base::operator new[] 안에서조차도 배열에 대해 들어가는 객체 하나의 크기가 sizeof(Base)라는 가정을 할 수 없다.
  2. operator new[] 에 넘어가는 size_t 타입의 인자는 객체들을 담기에 딱 맞는 메모리 양보다 더 많게 설정되어 있을 수도 있다.

실수로 “기본(normal)” 형태의 new가 가려지지 않도록 한다.

operator delete

C++는 널 포인터에 대한 delete 적용이 항상 안전하도록 보장한다는 사실을 잊지 말자. 우리가 할 일은 이 보장을 유지하는 것이다.

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// 비멤버 버전 operaotr delete의 의사코드

void operator delete(void* rawMemory) throw() {
    //rawMemory가 delete되려고 할 경우 아무것도 하지 않게 한다.
	if (rawMemory == 0) 
		return;

	rawMemory가 가리키는 메모리 해제
}

operator delete의 클래스 전용 버전도 단순하기는 매한가지이다. 삭제될 메모리의 크기를 점검하는 코드를 넣어 주면 된다. 클래스 전용의 operator new가 “틀린” 크기의 메모리 요청을 ::operator new 쪽으로 구현되었다고 가정하면, 클래스 전용의 operator delete 역시 “틀린 크기로 할당된” 메모리의 삭제 요청을 :: operaotr delete 쪽으로 전달하는 식으로 구현하면 된다.

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// operator delete의 클래스 전용 버전

class Base
{
public:
	static void operator delete(void* rawMemory, std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
};

void Base::operator delete(void* rawMemory, std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
    // NULL 포인터 점검
	if (rawMemory == 0)
		return;

	// 크기가 "틀린" 경우 표준 operator delete가 
    // 메모리 삭제 요청을 맡도록 한다.
	if (size != sizeof(Base))
	{
		::operator delete(rawMemory);
		return;
	}

	rawMemroy가 가르키는 메모리 해제

	return;
}

가상 소멸자가 없는 기본 클래스로부터 파생된 클래스의 객체를 삭제하려고 할 경우에는 operaotr delete로 C++가 넘기는 size_t 값이 엉터리일 수 있다. 이것만으로도 기본 클래스에 가상 소멸자를 꼭 두어야 하는 충분한 이유가 선다.

기본 클래스에서 가상 소멸자를 빼먹으면 operator delete 함수가 똑바로 동작하지 않을 수 있다는 사실만 머리에서 놓치지 말자.

참고