std::byte 可以替换 std::aligned_storage 吗？

Question

C++17 引入了一个新类型std::byte，所以现在我们终于有了一个一等公民类型来表示内存中的字节。除了作为标准中的新事物之外，对象创建、生命的开始和结束、别名等的 C++ 规则在大多数情况下都相当复杂且不直观，所以每当我觉得 std::byte 是正确的工具时，我也会感到紧张和不愿意使用它，因为害怕无意中召唤了未定行为炎魔。

一个这样的情况是用于放置新的缓冲区：

#include <memory>
#include <cstddef>
#include <type_traits>

struct X { double dummy[4]; char c; };

auto t1()
{
    // the old way

    std::aligned_storage_t<sizeof(X)> buffer;
    X* x = new (&buffer) X{};

    x->~X();
}

auto t2()
{
    // the new way?

    std::byte buffer[sizeof(X)];
    X* x = new (&buffer) X{};

    x->~X();
}

t2 是否完全安全且等同于 t1？

针对对齐问题，如何处理：

auto t3()
{
    alignas(X) std::byte buffer[sizeof(X)];

    X* x = new (&buffer) X{};
    x->~X();
}

Answer 1

t2 是否完全安全并等同于 t1？

没有。事实上，两者都不好。

t2 不好，因为NathanOliver 表示：它未对齐。你需要写：

alignas(X) std::byte storage[sizeof(X)];

t1 也有这个问题，因为你几乎肯定想写aligned_storage_t<sizeof(X), alignof(X)> 而不仅仅是aligned_storage_t<sizeof(X)>。如果X 过度对齐，你会在这里失去它。如果X 只是很大但没有对齐要求，那么您最终会得到一个相对过度对齐的存储。

t1 也因为一个特别特殊的原因而不好：aligned_storage 并不能完全保证您认为它所保证的内容。特别是，它保证X 可以适合aligned_storage<sizeof(X)>，但不保证它可以完全适合。 specification 很简单：

成员 typedef type 应该是一个普通的标准布局类型，适合用作大小最多为 Len 且对齐方式是 Align 的除数的任何对象的未初始化存储。

也就是说，aligned_storage<16>::type 保证至少为 16 个字节，但符合要求的实现很容易为您提供 32. 或 4K。除了不小心使用aligned_storage<16>而不是aligned_storage_t<16>的问题。

这就是P1413 作为论文存在的原因：aligned_storage 有点糟糕。

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所以真正的答案其实就是写类似libstdc++的__aligned_membuf：

template <typename T>
struct storage_for {
    alignas(T) std::byte data[sizeof(T)];

    // some useful constructors and stuff, probably some getter
    // that gives you a T* or a T const*
};

Answer 2

t2 是否完全安全且等同于 t1？

没有。 std::aligned_storage 创建适合放置在其中的对象的存储。 std::byte buffer[sizeof(X)] 虽然是正确的大小，但具有std::byte 的对齐方式。这通常不会与您放置在其中的类型具有相同的对齐方式，因为它的对齐方式为1。

就 C++ 虚拟机而言，这不是问题，但在现实世界中，这可能会导致严重的性能损失，甚至导致程序崩溃。

如果您想要适当对齐的存储，使用std::aligned_storage参见Barry's answer