在什么条件下使用 std::memcpy 在对象之间复制是安全的？答案

【问题标题】：Under what conditions is it safe to use std::memcpy to copy between objects?在什么条件下使用 std::memcpy 在对象之间复制是安全的？
【发布时间】：2020-05-08 03:51:23
【问题描述】：

在什么条件下使用std::memcpy从一个对象复制到另一个对象是安全的？

例如，T、src 和 dest 必须满足哪些条件才能安全：

template <typename T>
void copy_bytewise(T& dest, const T& src) {
  std::memcpy(&dest, &src, sizeof(T));
}

关于src 和dest，我们唯一可以假设的是它们不重叠¹。特别是src 或dest 中的任何一个都可能是对成员或基类的引用。

我对参考标准的答案很感兴趣，但如果这与常见做法不同（例如，来自 Itanium 的事实上的 C++ ABI），我也想知道。

请注意，满足TriviallyCopyable (TC) 概念的T 是不够的，正如this example 所示。 base 是 TC，但不是 memcpy 安全的（由于对派生类的成员重复使用填充）。

如果T 上的任何条件是足够的（不一定是必要的），我特别感兴趣，而不需要 src 和 dest 上的条件（不能，在一般情况下，静态确定）。

¹ 具体来说，我的假设是，如果它们确实重叠，那么在T 和std::memcpy 相同的条件下，它们仍然可以安全复制，但是改用std::memmove。如果假设不正确，它可能是答案的一部分。

【问题讨论】：

这是discussion in comments 的后续。 godbolt.org/z/jBeRwD 示例表明成为聚合似乎很重要（公共与私人成员）。其他线索包括itanium-cxx-abi.github.io/cxx-abi/abi.html#POD 提到 ABI 何时决定将派生对象放在基类的填充中，或者不基于任何可能破坏所有版本的 ISO C++ 标准中的 UB。
memcpy的重点不是对类型没有要求吗？这是 C++ 中安全执行类型双关的唯一方法。
@HenriMenke，嗯，不。使用memcpy 对涉及的类型有相当严格的要求，否则会造成损害。将任何类型视为用户定义的复制构造函数：显然只是复制字节不太可能完成复制构造函数所做的事情。
@HenriMenke - 我认为这个“语言律师”问题不适合你，它需要大量关于 UB、memcpy、C++ 中的各种类型概念等方面的背景知识。甚至很难回答您的问题/cmets 无需假设很多现有背景。我建议阅读链接和相关问题的背景知识。
@NicolBolas - 我猜最明显，也可能是唯一的例子是它们是否是同一个对象（即“重叠”而不是“正确重叠”）。在这种情况下，我的理解是 std::memcpy 无论如何都是不允许的。

标签： c++ language-lawyer memcpy object-layout

【解决方案1】：

来自[basic.types]/3:

对于任何可简单复制的类型T，如果指向T 的两个指针指向不同的T 对象obj1 和obj2，其中obj1 和obj2 都不是基类子对象，如果构成obj1 的底层字节（[intro.memory]）被复制到obj2，obj2 将随后保持与obj1 相同的值。

简而言之：

T 必须满足哪些条件才能使以下内容安全

T 必须是可简单复制的；这是T 必须满足的唯一条件。另一个要求不是对T 的限制，而是对可能被复制的对象的性质的限制。这意味着它不是您可以静态确定的。

【讨论】：

谢谢。因此，在实践中，对于我编写的 copy_bytewise 函数，由于基类问题，存在或考虑到 no 特征对于任何 T 来说都是安全的？我应该清楚，我问的是对T 类型的（子）对象实例的限制，尽管我写得不好，而且它影响了你在回答中使用的语言。我正在做一个小的（字符）编辑来澄清，你可能想更新你的答案。
我已将语言“T 的条件”更改为“T、src 和 dest 的条件”，我认为这更清楚。 LMK 如果您认为变化太大。我认为您的回答仍然完全适用，但可以更新部分语言。
@BeeOnRope：不要忘记：“指向 distinct T 对象”
T 上是否有更强的条件来消除对src 和dest 对象的附加（动态）条件的需要？在实践中，似乎有（例如，即使 dest 对象未知，gcc 有时也会覆盖填充），但我不知道标准是否涵盖了这一点，或者它是否有特征。
@BeeOnRope：嗯，你可以要求T 声明为final，因此不能是基类子对象。但仅此而已。