什么时候可以安全地重复使用来自普通可破坏对象的内存而不洗

Question

关于以下代码：

class One { 
public:
  double number{};
};

class Two {
public:
  int integer{};
}

class Mixture {
public:
  double& foo() {
    new (&storage) One{1.0};
    return reinterpret_cast<One*>(&storage)->number;
  }

  int& bar() {
    new (&storage) Two{2};
    return reinterpret_cast<Two*>(&storage)->integer;
  }

  std::aligned_storage_t<8> storage;
};

int main() {
  auto mixture = Mixture{};
  cout << mixture.foo() << endl;
  cout << mixture.bar() << endl;
}

我没有为类型调用析构函数，因为它们很容易被破坏。我对该标准的理解是，为了安全起见，我们需要在将存储指针传递给 reinterpret_cast 之前清洗存储指针。然而，std::optional 在 libstdc++ 中的实现似乎并没有使用 std::launder()，而是简单地将对象构造到联合存储中。 https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/master/libstdc%2B%2B-v3/include/std/optional。

我上面的例子是明确定义的行为吗？我需要做什么才能让它发挥作用？工会能让这项工作成功吗？

Answer 1

在您的代码中，您确实需要 std::launder 才能让您的 reinterpret_cast 执行您希望它执行的操作。这是与重用内存不同的问题。根据标准（[expr.reinterpret].cast]7），你的表达式

reinterpret_cast<One*>(&storage)

相当于：

static_cast<One*>(static_cast<void*>(&storage))

但是，外部 static_cast 没有成功生成指向新创建的 One 对象的指针，因为根据 [expr.static.cast]/13，

if the original pointer value points to an object a, and there is an object b of type T (ignoring cv-qualification) that is pointer-interconvertible (6.9.2) with a, the result is a pointer to b. Otherwise, the pointer value is unchanged by the conversion.

也就是说，结果指针仍然指向 storage 对象，而不是指向嵌套在其中的 One 对象，并且将它用作指向 One 对象的指针会违反严格的别名规则。您必须使用 std::launder 强制生成的指针指向 One 对象。或者，正如评论中指出的那样，您可以直接使用 placement new 返回的指针，而不是从 reinterpret_cast.

获得的指针

如果按照评论中的建议，您使用联合而不是 aligned_storage，

union {
    One one;
    Two two;
};

你会回避指针相互转换的问题，所以 std::launder 将不需要考虑到非指针相互转换。但是，仍然存在重新使用内存的问题。在这种特殊情况下，由于您的 One 和 Two 类不包含 [=29] 的任何非静态数据成员，因此不需要 std::launder 来重用=]-限定或引用类型 ([basic.life]/8).

最后，有一个问题，为什么 libstdc++ 的 std::optional 实现不使用 std::launder，即使 std::optional 可能包含包含非静态数据的类 const 限定或引用类型的成员。正如评论中指出的那样，libstdc++ 是实现的一部分，当实现者知道 GCC 仍然可以在没有它的情况下正确编译代码时，可以简单地省略 std::launder 。导致引入 std::launder（参见 CWG 1776 and the linked thread, N4303, P0137）的讨论似乎表明，在比我更了解标准的人看来，确实需要 std::launder为了使 std::optional 的基于联合的实现在 const 限定或引用类型的成员存在的情况下得到明确定义。但是，我不确定标准文本是否足够清晰，足以让这一点显而易见，并且可能值得讨论如何澄清它。

什么时候可以安全地重复使用来自普通可破坏对象的内存而不洗

When is it safe to re-use memory from a trivially destructible object without laundering

c++

union

c++17

placement-new

type-punning