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;
}

我没有为这些类型调用析构函数，因为它们很容易被破坏。我对标准的理解是，为了安全起见，我们需要先清洗指向存储的指针，然后再将其传递给reinterpret_cast。但是，libstdc ++中的std :: optional的实现似乎并不使用std::launder()，而只是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。

我的示例是否已明确定义了行为？我需要做些什么才能使其正常工作？工会会做这项工作吗？

Answer 1

在您的代码中，您确实需要std::launder才能使您的reinterpret_cast做您想做的事情。这与重新使用内存是一个单独的问题。根据标准[[expr.reinterpret] .cast] 7，您的表情

reinterpret_cast<One*>(&storage)

等效于：

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

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

如果原始指针值指向对象 a ，并且存在类型为T（忽略cv限定）的对象 b ，则该指针为指针-可相互转换（6.9.2）使用 a 时，结果是指向 b 的指针。否则，转换后指针值将保持不变。

也就是说，结果指针仍然指向storage对象，而不是嵌套在其中的One对象，并且将其用作指向One对象的指针会违反严格的别名规则。您必须使用std::launder强制结果指针指向One对象。或者，如注释中所指出的，您可以直接使用由new放置直接返回的指针，而不是使用从reinterpret_cast获得的指针。

如果按照注释中的建议使用联合而不是aligned_storage，

union {
    One one;
    Two two;
};

您将回避指针互换性问题，因此由于非指针互换性，将不需要std::launder。但是，仍然存在重复使用内存的问题。在这种特定情况下，由于您的std::launder和One类不包含任何Two限定的非静态数据成员，因此由于重复使用而不需要const或参考类型（[basic.life] / 8）。

最后，存在一个问题，为什么即使std::optional可能包含包含{{1}的非静态数据成员的类，libstdc ++的std::launder的实现也不使用std::optional }或参考类型。正如评论中指出的那样，libstdc ++是实现的一部分，并且在实现者知道GCC仍将在没有它们的情况下正确编译代码时，可能会简单地忽略const。理解以下内容的人认为，导致引入std::launder（参见CWG 1776和链接的线程N4303，P0137）的讨论似乎表明了这一点。该标准比我做的要好得多，实际上确实需要使用std::launder，以便在存在std::launder合格或引用类型的成员的情况下，使基于std::optional的基于联合的实现得到良好定义。但是，我不确定标准文本是否足够清晰以至于使其变得明显，因此可能值得讨论如何对其进行澄清。

什么时候可以安全地重用普通可破坏对象的内存而无需清洗

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