c++ - 由于放置新用法而禁止虚拟功能的体面方法

Question

在编译/运行时检查特定结构/类没有任何虚函数的体面方法是什么。此检查是必需的，以确保在执行新放置 时正确的字节对齐。

即使有一个虚函数也会将整个数据移动 vtable 指针大小，这将与放置 new 运算符一起把事情搞得一团糟。

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一些更多的细节:我需要一些适用于所有主要编译器和平台的东西，例如Windows、Linux 和 Solaris 上的 VS2005、VC++10、GCC 4.5 和 Sun Studio 12.1。

在以下情况下保证工作的东西应该足够了:

struct A { char c; void m(); };
struct B : A { void m(); };

如果有人决定进行此更改:

struct A { char c; virtual void m(); };
struct B : A { void m(); };

很高兴看到编译时错误说 struct A must not contain virtual functions。

Answer 1

有一些工具和技巧(取决于您使用的 C++ 版本)可以使类正确对齐。

在 C++0x 中，alignof命令类似于 sizeof但返回所需的对齐方式。

在C++03中，首先要注意的是大小是对齐的倍数，因为数组中的元素需要是连续的。这意味着使用大小作为对齐过于热心(并且可能浪费空间)但效果很好。通过一些技巧，您可以获得更好的值(value):

template <typename T>
struct AlignHelper
{
  T t;
  char c;
};

template <typename T>
struct Alignment
{
  static size_t const diff = sizeof(AlignHelper<T>) - sizeof(T);
  static size_t const value = (diff != 0) ? diff : sizeof(T);
};

这个小 helper 给出了一个正确的对齐方式作为编译时常量(因此适用于模板编程)。它可能大于所需的最小对齐 (*)。

通常使用 placement new 应该没问题，除非你实际上是在“原始缓冲区”上使用它。在这种情况下，缓冲区的大小应由以下公式确定:

// C++03
char buffer[sizeof(T) + alignof(T) - 1];

或者你应该使用 C++0x 工具:

// C++0x
std::aligned_storage<sizeof(T), alignof(T)> buffer;

另一个确保虚拟表“正确”对齐的技巧是使用 union :

// C++03 and C++0x
union { char raw[sizeof(T)]; void* aligner; } buffer;

aligner参数保证 buffer对于指针正确对齐，因此对于虚拟表指针也是如此。

编辑:@Tony 建议的其他解释。

(*) 这是如何工作的？

要理解它，我们需要深入研究类的内存表示。类的每个子元素都有自己的对齐要求，例如:

struct A { int a; char b; int c; };

+----+-+---+----+
| a  |b|xxx| c  |
+----+-+---+----+

在哪里xxx表示添加填充以便 c适当对齐。

A 的对齐方式是什么？ ？一般来说，是子元素的对齐比较严格，所以这里，int的对齐(通常是 4，因为 int 通常是 32 位整数)。

为了“猜测”任意类型的对齐方式，我们通过使用 AlignHelper 来“欺骗”编译器。模板。请记住 sizeof(AlignHelper<T>)必须是对齐的倍数，因为类型应该在数组中连续布置，因此我们希望我们的类型将在 c 之后填充属性，对齐的大小为 c (1 根据定义)加上填充的大小。

// AlignHelper<T>
+----------------+-+---+
|        t       |c|xxx|
+----------------+-+---+

// T
+----------------+
|        t       |
+----------------+

当我们做 sizeof(AlignHelper<T>) - sizeof(T)我们得到了这种差异。令人惊讶的是，它可能是 0 .

问题来自于如果 T 末尾有一些填充(未使用的字节) , 然后一个聪明的编译器可以决定隐藏 c那里，因此大小的差异将是0 .

显然，我们可以尝试递归地增加 c 的大小属性(使用 char 数组)，直到我们最终得到一个非零差异。在这种情况下，我们会得到“紧密”对齐，但最简单的做法是退出并使用 sizeof(T) ，因为我们已经知道它是比对的倍数。

最后，不能保证我们用这个方法得到的对齐就是T的对齐。 ，我们得到它的倍数，但它可能更大，因为 sizeof是依赖于实现的，例如，编译器可以决定将所有类型对齐到 2 边界的幂。