c++ - 使用 std::aligned_union 和 std::aligned_union 为小型缓冲区优化别名

Question

我正在研究 std::function 的小缓冲区优化实现-像对象。

Boost 实现了 boost::function 的小缓冲区像这样:

union function_buffer
{
    mutable void* obj_ptr;
    struct type_t {
      const detail::sp_typeinfo* type;
      bool const_qualified;
      bool volatile_qualified;
    } type;

    mutable void (*func_ptr)();

    struct bound_memfunc_ptr_t {
      void (X::*memfunc_ptr)(int);
      void* obj_ptr;
    } bound_memfunc_ptr;

    struct obj_ref_t {
      mutable void* obj_ptr;
      bool is_const_qualified;
      bool is_volatile_qualified;
    } obj_ref;

    // To relax aliasing constraints
    mutable char data;
  };

并做类似的事情:

new (reinterpret_cast<void*>(&out_buffer.data)) functor_type(*in_functor);

此外，C++11 提供，std::aligned_union和 std::aligned_storage which seems suitable for this .前者给出了一个类型:

suitable for used as uninitialized storage for any object whose size is at most Len and whose alignment is a divisor of Align

我很想使用类似的东西:

class MyFunction {
private:
  typename std::aligned_storage<something>::type buffer;
  MyFunctionVtable* vtable; 
public:
  template<class F>
  MyFunction(F f)
  {
    static_assert(sizeof(F) <= sizeof(buffer) &&
      alignof(F) <= alignof(buffer), "Type not suitable");
    new (&buffer) F(std::move(f));
    vtable = ...;
  }
  // [...]
};

这(或 boost 实现)是否违反了类型别名规则，为什么？我倾向于认为存在会触发不守卫行为的陷阱。

作为引用，C++ 标准中的注释给出了 aligned_storage 的典型实现。 :

template <std::size_t Len, std::size_t Alignment>
struct aligned_storage {
  typedef struct {
    alignas(Alignment) unsigned char __data[Len];
  } type;
};

从某种意义上说，这看起来类似于都​​依赖于 char 的增强版本“启用”别名。

那std::aligned_union<>::type呢？ ？使用未明确列出的类型是否安全？

Answer 1

大体上，当您使用一种类型写入存储位置并使用另一种类型读取时，会发生别名，并且这些类型都不是窄字符类型(char，signed char , unsigned char ).

如果 Boost 实现在任何时候写入 function_buffer 都是不安全的与一个成员然后阅读另一个成员，除非其中一个成员是 data . data 的事实成员(member)有评论// To relax aliasing constraints可能表明 Boost 开发人员相信他们可以欺骗编译器不注意别名冲突。

您建议的解决方案 std::aligned_storage或 std::aligned_union是个好东西，只要你的vtable仅通过写入 placement-new 表达式时使用的类型读取 new (&buffer) F(std::move(f)); , 所以可以写成 reinterpret_cast<F*>(&buffer)并将结果表达式用作 F* 类型的对象指向 F 类型的对象.

与 std::aligned_union placement-new 任何具有较小尺寸和对齐要求的类型都可以。用 static_assert 明确表示通常是个好主意:

static_assert(sizeof(F) <= sizeof(buffer));
static_assert(alignof(F) <= alignof(buffer));
// OK to proceed
new (&buffer) F(std::move(f));