为什么libc++的map实现要用这个union？

Question

#if __cplusplus >= 201103L

template <class _Key, class _Tp>
union __value_type
{
    typedef _Key                                     key_type;
    typedef _Tp                                      mapped_type;
    typedef pair<const key_type, mapped_type>        value_type;
    typedef pair<key_type, mapped_type>              __nc_value_type;

    value_type __cc;
    __nc_value_type __nc;

    template <class ..._Args>
    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    __value_type(_Args&& ...__args)
        : __cc(std::forward<_Args>(__args)...) {}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    __value_type(const __value_type& __v)
        : __cc(__v.__cc) {}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    __value_type(__value_type& __v)
        : __cc(__v.__cc) {}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    __value_type(__value_type&& __v)
        : __nc(std::move(__v.__nc)) {}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    __value_type& operator=(const __value_type& __v)
        {__nc = __v.__cc; return *this;}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    __value_type& operator=(__value_type&& __v)
        {__nc = std::move(__v.__nc); return *this;}

    _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
    ~__value_type() {__cc.~value_type();}
};

#else
// definition for C++03...

看起来目的是使 __value_type 可分配和移动，同时还能够将内容公开为 pair<const key_type, mapped_type>（这是迭代器的值类型等）。但我不明白为什么它需要可分配或可移动，因为我看不出任何实现需要在地图内复制或移动节点的原因，或者除了构造和销毁它们之外做任何事情-放置并重新配置指针。

Answer 1

当您使用自定义分配器时，可能需要将地图（及其内容）移动到新的资源池中。在这种情况下，此重载将提供对键的可移动访问：

__value_type(__value_type&& __v)
    : __nc(std::move(__v.__nc)) {}

键已被移出并不重要，因为接下来发生的事情是释放所有节点。

请注意，这种用法可能会导致未定义的行为。你通常不能写一个工会成员，然后再读另一个。 Clang 和 libc++ 可以做到这一点，只要他们能在内部保证它不会引起问题（或错误诊断）。

不过，他们可能是这样做的，因为没有好的替代方案。至少，我想不出一个。该标准要求 value_type::first_type 是真正的 const 合格的，因此即使是 const_cast 也是不允许的。

在 key_type 和 mapped_type 都是标准布局的情况下，技巧是一致的，因此 std::pair<key_type, mapped_type> 和 std::pair<key_type const, mapped_type> 是布局兼容的，根据 [class.mem] §9.2/16。这里看起来有点奇怪，因为该函数引用联合的直接成员 __cc 和 __nc，将其留给构造函数来访问包含 first 和 [=21 的公共子序列=].标准布局类型的 requirements 有点限制，但许多常见的键和值类型（例如，std::string）可能会满足它们。

Answer 2

这支持Potatoswatter的回答。我作为这个 libc++ 代码的作者回答。

考虑：

int
main()
{
    std::map<A, int> m1;
    m1[A{1}] = 1;
    m1[A{2}] = 2;
    m1[A{3}] = 3;
    std::map<A, int> m2;
    m2[A{4}] = 4;
    m2[A{5}] = 5;
    m2[A{6}] = 6;
    std::cout << "start copy assignment\n";
    m2 = m1;
    std::cout << "end copy assignment\n";
}

在这种特殊情况下，我预见到需要回收地图的节点，并重新分配 "const" 键以使节点回收高效。因此

http://cplusplus.github.io/LWG/lwg-defects.html#704

插入以下措辞以允许回收 map 个节点：

The associative containers meet all of the requirements of Allocator-aware containers (23.2.1 [container.requirements.general]), except for the containers map and multimap, the requirements placed on value_type in Table 93 apply instead directly to key_type and mapped_type. [Note: For example key_type and mapped_type are sometimes required to be CopyAssignable even though the value_type (pair) is not CopyAssignable. — end note]

因此允许容器非常量访问地图的 key_type。迄今为止，只有 libc++ 利用了这一点。如果您在上面的示例中使用 A，您将获得 libc++:

start copy assignment
operator=(const A& a)
operator=(const A& a)
operator=(const A& a)
end copy assignment

对于 libstdc++ (gcc-5.2.0)

start copy assignment
~A()
A(A const& a)
~A()
A(A const& a)
~A()
A(A const& a)
end copy assignment

对于 VS-2015：

start copy assignment
~A()
~A()
~A()
A(A const& a)
A(A const& a)
A(A const& a)
end copy assignment

我断言，当 A 是 int、std::vector 或 std::string 等类型，或包含这些常见标准类型之一的类型时，有赋值比先破坏后构造的巨大性能优势。分配可以利用 lhs 中的现有容量，通常会导致简单的 memcpy，而不是先释放内存再分配内存。

请注意，上面的 ~A() 可能意味着整个节点的重新分配，而不仅仅是 A（尽管不一定）。在任何情况下，libc++ map 复制赋值运算符都经过高度优化以回收内存，并且该优化的许可得到 C++11 和更高标准的支持。联合技巧是实现该优化的一种（不一定是可移植的）方法。

当分配器不在移动分配上传播并且两个分配器比较不相等时，通过移动分配运算符的相同代码获得类似的优化：

clang/libc++:

start move assignment
operator=(A&& a)
operator=(A&& a)
operator=(A&& a)
end move assignment

gcc-5.2.0

start move assignment
~A()
A(A const& a)
~A()
A(A const& a)
~A()
A(A const& a)
~A()
~A()
~A()
end move assignment

VS-2015

start move assignment
~A()
~A()
~A()
A(A const& a)
A(A const& a)
A(A const& a)
end move assignment

为什么libc++的map实现要用这个union？

Why does libc++'s implementation of map use this union?

c++

c++11

dictionary

stl

libc++