为什么使用“std::aligned_storage”据称会因无法“提供存储”而导致 UB？

Question

启发：为什么要在C ++ 23中弃用STD :: Aligned_storage，而是要使用什么？

灵感 >（这将reprecect std :: Aligned_storage）说：

使用对齐_*调用未定义的行为（类型无法提供存储。）

这是指 [Into.Object]/3 ：

如果与“ n ”或类型“ n std :: byte>的数组”（[cstddef.syn]），如果以下情况，则数组为创建对象提供存储的存储空间。

...继续使用一些定义中的“提供存储”一词，但是我看不到它在任何地方都说使用其他类型作为安置新的存储（无法“提供存储”）会导致UB。

因此，问题是：什么使std :: aligned_storage在使用时会导致UB？

Answer 1

该论文似乎是错误的。

如果 std :: aligned_storage_t无法“提供存储”，则然后大多数用途会间接导致UB（见下文）。

但是，std :: aligned_storage_t实际上可以“提供存储”似乎未指定。使用alignas（y）unsigned char arr [x];成员（似乎是） dies “提供存储”的常见实现：//eel.is/c++draft/basic.memobj#intro.object-3“ rel =“ noreferrer”> [Into.Object]/3 ，即使您也是如此将整个结构的地址传递到位置新的，而不是数组。即使目前尚未强制执行此特定实施，我认为强制这将是一个简单的非破坏变化。

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如果std :: aligned_storage_t实际上没有“提供存储”，则大多数用例都会导致UB：

blopement new进入无法“提供存储”的对象本身是合法的，但是.. 。

​下次您访问任何一个时，您将获得UB。

即使aligned_storage_t不嵌套在其他对象中（这很少见），您必须在销毁它时要小心，因为呼叫其驱动器也会导致UB，因为它的寿命已经结束。

[basic.life] /1.5

... T型对象O的寿命结束时：

- 对象所占据的存储...由未嵌套在[对象]

中的对象重复使用


intro.object/4 < /a>

如果：

，一个对象A嵌套在另一个对象B中。

- a是B或

的子对象

- B提供A或

的存储空间

- 存在一个对象c，其中a嵌套在c中，c嵌套在b。

中

Answer 2

C ++标准使一组非常有限的类型集作为其他对象的存储。可以用作其他对象存储的类型集不能将对齐方式包装到其类型中。

想象一下：

template<std::size_t N>
using bytes=std::byte[N];
template<std::size_t S, std::size_t A>
struct alignas(A) aligned{
  bytes<S> data;
};

您不能使用＆amp; Aligned＆lt; 12,4＆gt;安全地存储另一个对象。您不能制作与此属性保持一致的Typedef。

您可以使用Aligned＆lt; 12,4＆gt;一个; ＆amp; a.data或类似，但这在句法上有所不同。

现在，标准可以通过添加措辞来解决它。但是，对齐存储的现有定义没有这种魔术措辞，并且C ++中没有构造可以让aligned_storage_t的属性用户在没有此类措辞的情况下期望。我的意思是，UB是UB，因此编译器可以自由地解释您的程序，就好像它是使用该措辞的语言的程序一样……但这是用核弹来打动标准错误。

Answer 3

前言：这是一个很长的答案。对此感到抱歉！基本的答案是简短而甜蜜的。但有很多不好的论点，所以有很多基础知识需要触及。

该提案声称“使用aligned_*会调用未定义的行为（类型无法提供存储。）”，但没有提供额外的讨论、证明或对标准中语言的引用。

这似乎是一种“语言律师”立场，基于对 C++ 标准 6.7.2 中使用的“提供存储”的过度字面解释。该声明似乎来自第 6.7.2.3 节，其中规定：

如果在与“N unsigned char 数组”类型或“N std::byte 数组”类型（17.2.1）的另一个对象 e 关联的存储中创建了一个完整的对象（7.6.2.7），则该数组为创建的对象提供存储...

然后，明显的论点继续说，换句话说，“好吧，aligned_storage_t不是一个字节数组。它是一个包含字节数组的结构/联合/类。所以虽然该数组可以提供存储，aligned_storage_t 本身不能。”这个论点的明显问题是......如果第 6.7.2.3 节在这里不适用，标准中的其他一些部分仍然可能适用。标准中还有很多其他“提供存储”的“东西”。

但所有这些都无关紧要。没有争议的是，aligned_storage_t 中包含的 unsigned char 数组可以提供存储。如果我们可以获得指向该存储的指针（例如，用于放置 new 或普通可复制类型的 memcpy），我们就可以访问该存储。

根据最清晰语言的标准，我们可以通过指向aligned_storage_t的指针获得一个unsigned char*（它指向数组存储的开头）。这是定义的行为，用于获取指向aligned_storage_t内包含的“存储”的指针：

std::aligned_storage_t<sizeof(T), alignof(T)> buf;
unsigned char* storage = reinterpret_cast<unsigned char*>(&buf);
T* tptr = new(storage) T;
tptr->~T();

为什么？因为aligned_storage_t 要么作为与unsigned char 数组作为非静态数据成员的联合实现，要么作为标准布局类（例如，POD 结构体）以数组作为第一个非静态数据成员实现。

请参阅第 72-73 页上的标准第 6.8.2 节复合类型：

4 两个对象 a 和 b 是指针可相互转换的，如果：

(4.2) — 一个是联合对象，另一个是该对象的非静态数据成员 (11.5)，...

(4.3) — 一个是标准布局类对象，另一个是该对象的第一个非静态数据成员，...

术语“指针可互转换”意味着：

如果两个对象是指针可相互转换的，那么它们具有相同的地址，并且可以获得
通过reinterpret_cast (7.6.1.9)从一个指针指向另一个指针。 [注：数组对象及其
第一个元素不可进行指针互换，即使它们具有相同的地址。 ——尾注]

就是这样。 aligned_storage_t 中包含的数组确实提供了存储，我们可以通过“指针可互转换”规则合法地获取指向该存储的指针。

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编辑：为了解决评论中与语言律师的讨论，实际上有一个字面意思“指向数组的指针”（有趣的事实）。从语义上讲，它比数组类型多了一层间接寻址（某种意义上是指向指针的指针）。但从逻辑上讲，指向array N T类型的对象的指针 ->指向数组存储的开头->指向数组中第一个元素的位置。所以：

  char buf[4];
  char (*ptr_buf)[4] = &buf;
  char* ptr_elem0 = &buf[0]; 

ptr_buf 和 ptr_elem 具有不同的类型，但具有相同的地址。它们不可相互转换。请参阅此处接受的答案。标准中的这种语言禁止这样的事情：

struct MyStruct {
  char name[4];
  int value;
};

void g(char *chr) {
  char (*name)[4] = reinterpret_cast<char (*)[4]>(chr); // Invalid
  MyStruct* s = reinterpret_cast<MyStruct *>(name);
  // This function uses a pointer to the first element in the array to 
  // access another member of the containing struct. C++ forbids this.
  s->value = 10;
}

void f() {
  MyStruct s;
  g(&s.name[0]);
}

但这种语言和限制在这里无关紧要。这些指针可相互转换的“规则”与访问aligned_storage_t（提供存储的数组）中的第一个非静态元素相关。我们无法从 unsigned char* 相互转换回 unsigned (*) [sizeof(T)] （因为我们甚至没有尝试这样做）。

数组可以转换为指向第一个元素的指针（根据第 7.3.2 节）。指向第一个元素的指针可用于访问整个数组（因为指针算术已定义行为并且数组是连续的）。该指针就是我们需要提供的用于放置新内容的全部内容。请注意，operator new 采用 void*，因此数组到指针的转换无论如何都会发生。如果我们事先自己进行数组到指针的转换，那没有什么区别。