可以使用placement-new 和vector::data() 替换向量中的元素吗？

Question

关于替换不可赋值的向量元素存在两个问题：

• C++ Use Unassignable Objects in Vector
• How to push_back without operator=() for const members?

一个对象不可赋值的一个典型原因是它的类定义包括const成员，因此它的operator=被删除了。

std::vector 要求其元素类型是可分配的。事实上，至少使用 GCC，当对象不可赋值时，直接赋值 (vec[i] = x;) 或 erase() 和 insert() 的组合替换元素都不起作用。

可以使用像下面这样使用vector::data()、直接元素销毁和使用复制构造函数放置新的函数来替换元素而不会导致未定义的行为吗？

template <typename T>
inline void replace(std::vector<T> &vec, const size_t pos, const T& src)
{
  T *p = vec.data() + pos;
  p->~T();
  new (p) T(src);
}

下面是一个正在使用的函数的例子。这在 GCC 4.7 中编译并且似乎可以工作。

struct A
{
  const int _i;
  A(const int &i):_i(i) {}
};

int main() {
  std::vector<A> vec;
  A c1(1);
  A c2(2);

  vec.push_back(c1);
  std::cout << vec[0]._i << std::endl;

  /* To replace the element in the vector
     we cannot use this: */
  //vec[0] = c2;

  /* Nor this: */
  //vec.erase(begin(vec));
  //vec.insert(begin(vec),c2);

  /* But this we can: */
  replace(vec,0,c2);
  std::cout << vec[0]._i << std::endl;

  return 0;
}

Answer 1

这是非法的，因为 3.8p7 描述了使用析构函数调用和放置 new 来重新创建对象，指定了对数据成员类型的限制：

3.8 对象生命周期 [basic.life]

7 - 如果在对象的生命周期结束之后并且在对象占用的存储空间被重用或释放之前，在原始对象占用的存储位置创建一个新对象，一个指向原始对象的指针对象 [...] 可以 用于操作新对象，如果：[...]
— 原始对象的类型 [...] 不包含任何非静态数据成员其类型为 const 限定 或引用类型 [...]

因此，由于您的对象包含一个 const 数据成员，在析构函数调用和放置 new 之后，向量的内部 data 指针在用于引用第一个元素时变得无效；我认为任何明智的阅读都会得出结论，这同样适用于其他元素。

这样做的理由是优化器有权假设 const 和引用数据成员没有分别修改或重新安装：

struct A { const int i; int &j; };
int foo() {
    int x = 5;
    std::vector<A> v{{4, x}};
    bar(v);                      // opaque
    return v[0].i + v[0].j;      // optimised to `return 9;`
}

Answer 2

@ecatmur 的回答在撰写本文时是正确的。在 C++17 中，我们现在得到 std::launder (wg21 proposal P0137)。添加此功能是为了使 std::optional 等内容与 const 成员一起使用。只要你记得launder（即清理）你的内存访问，那么现在这将工作而不会调用未定义的行为。