shared_ptr 和 operator new 的问题

Question

我在测试代码中遇到了一个错误，我必须测试位于钻石遗产底部的一个类，最重要的是，它与另一个类形成了循环依赖，太难改变了（我保证不是我的代码...)。

类 A 的构造函数请求对类 B 的引用，类 B 请求对类 A 的 shared_ptr...
出于单元测试的目的，我想通过为 A 分配内存但不构建实例来打破这种依赖关系。然后通过将此 shared_ptr 传递给 B，一旦 B 被构建，通过构建 A 实例，其构造函数将引用 B。

我成功地在示例代码中重现了该问题，您可以在本地或任何在线编译器中执行：

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

struct ILevel_0
{
    virtual ~ILevel_0() = 0;
};
ILevel_0::~ILevel_0() {}

struct Level_1_A : virtual ILevel_0
{
    int a;
};

struct Level_1_B : virtual ILevel_0
{
    int b;
};

struct Level_2 : Level_1_A, Level_1_B
{
    int c;
};

struct OtherStruct
{
    OtherStruct(const std::shared_ptr<ILevel_0>& lev) : _lev(lev) {}
    std::shared_ptr<ILevel_0> _lev;
};

int main()
{
    std::shared_ptr<Level_2> level2;
    
    void* level2_rawMemory = operator new(sizeof(Level_2));
    Level_2* level2Ptr = static_cast<Level_2*>(level2_rawMemory);
    level2.reset(level2Ptr);
    
    std::cout << "------ 1" << std::endl;
    
    std::shared_ptr<ILevel_0> level0 = level2;  // OK
    
    std::cout << "------ 2" << std::endl;

    // OtherStruct otherStruct(level2);   // KO  : crash after ------ 1
    
    std::cout << "------ 3" << std::endl;

    // Needed, else the shared_ptr's deleter would crash by calling the delete instruction
    new (level2.get()) Level_2{};

    std::cout << "------ 4" << std::endl;
    
    return 0;
}

可以看到一行（构建一个OtherStruct实例）被注释掉了，这样代码代码就可以编译运行而不会崩溃。如果取消注释，程序将崩溃，不打印“----- 2”。我不明白为什么，也不明白为什么前面的指令（level0建设）没有崩溃。

感谢您的帮助，对于粗略的英语表示抱歉。

Answer 1

在 ASAN/UBSAN 下运行您的代码：

一步一步发现

39          std::shared_ptr<ILevel_0> level0 = level2; // OK

是罪魁祸首。

然而，真正的罪犯是这样的：

    void* level2_rawMemory = operator new(sizeof(Level_2));
    auto* level2Ptr = static_cast<Level_2*>(level2_rawMemory);
    level2.reset(level2Ptr);

它违反了 C++ 内存模型。您不能只是将原始内存重新解释为 Level_2 对象。特别是当数据类型不是 POD 时（它们不是，因为它们是虚拟的）。

改为使用

    Level_2* level2Ptr = new Level_2;
    level2.reset(level2Ptr);

确实

    level2.reset(new Level_2);

最好的：

std::shared_ptr<Level_2> level2 = std::make_shared<Level_2>();

---

实际上考虑安全指针转换（参见Using boost::function with a parameter to shared pointer to derived class）：

std::shared_ptr<ILevel_0> level0 = dynamic_pointer_cast<ILevel_0>(level2); // OK

带修复的演示

Live On Coliru

#include <iostream>
#include <memory>
#include <utility>

struct ILevel_0 { virtual ~ILevel_0() = default; };

struct Level_1_A : virtual ILevel_0 { int a{}; };
struct Level_1_B : virtual ILevel_0 { int b{}; };

struct Level_2 : Level_1_A, Level_1_B { int c{}; };

struct OtherStruct {
    explicit OtherStruct(std::shared_ptr<ILevel_0> lev) : _lev(std::move(lev)) {}
    std::shared_ptr<ILevel_0> _lev;
};

int main() {
    std::cout << std::unitbuf;
    std::shared_ptr<Level_2> level2 = std::make_shared<Level_2>();

    std::cout << "------ 1" << std::endl;
    auto level0 = std::dynamic_pointer_cast<ILevel_0>(level2); // OK

    std::cout << "------ 2" << std::endl;

    OtherStruct otherStruct(level2);

    std::cout << "------ 3" << std::endl;

    level2 = std::make_shared<Level_2>();

    std::cout << "------ 4" << std::endl;
}

打印

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------ 4

而且没有消毒剂警告。