C++14 标准布局类型可以对字段使用“alignas”吗？答案

【问题标题】：Can C++14 standard-layout types use `alignas` for fields?C++14 标准布局类型可以对字段使用“alignas”吗？
【发布时间】：2016-10-12 05:31:33
【问题描述】：

我想使用模板来简化具有非平凡类型的联合的构造。以下内容在实践中似乎“有效”，但在技术上不符合规范：

template<typename T> struct union_entry {
  void (*destructor_)(void *);  // how to destroy type T when active
  T value_;
};
union U {
  union_entry<A> a;
  union_entry<B> b;
  // ... some constructor and destructor...
};

问题是（根据 N4141）只有当两个结构都是标准布局类型时，您才能访问联合中两个结构的公共初始序列（即destructor_ 字段）——至少根据9.5.1 中的非规范性说明。根据 9.0.7，标准布局类型不能有任何具有非标准布局的非静态数据成员。因此，如果 A 或 B 不是标准布局，则在错误的联合中访问 destructor_ 是非法的。

一个漏洞似乎是通过将value_ 转换为alignas(T) char[sizeof(T)] 来使union_entry 成为标准布局。 9.0.7 中似乎没有排除使用alignas。因此，我的问题是：以下是任何类型 T 的标准布局类型吗？ 因此可以将 value_ 强制转换为 T& 以模拟前面的示例，同时仍然允许 @ 987654331@ 用于非活动的union_entry？

template<typename T> struct union_entry {
  void (*destructor_)(void *);
  alignas(T) char value_[sizeof(T)];
}

在 clang-3.8.1 和 g++-6.2.1 中，std::is_standard_layout 建议 union_entry<T> 是标准布局，即使 T 不是。这是一个完整的工作示例，说明我想如何使用这种技术：

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <new>
#include <string>

using namespace std;

template<typename T> struct union_entry {
  void (*destructor_)(void *);
  alignas(T) char value_[sizeof(T)];

  union_entry() : destructor_(nullptr) {}
  ~union_entry() {}   // Just to cause error in unions w/o destructors

  void select() {
    if (destructor_)
      destructor_(this);
    destructor_ = destroy_helper;
    new (static_cast<void *>(value_)) T{};
  }
  T &get() {
    assert(destructor_ == destroy_helper);
    return *reinterpret_cast<T *>(value_);
  }

private:
  static void destroy_helper(void *_p) {
    union_entry *p = static_cast<union_entry *>(_p);
    p->get().~T();
    p->destructor_ = nullptr;
  }
};

union U {
  union_entry<int> i;
  union_entry<string> s;
  U() : i() {}
  ~U() { if (i.destructor_) i.destructor_(this); }
};

int
main()
{
  U u;
  u.i.select();
  u.i.get() = 5;
  cout << u.i.get() << endl;
  u.s.select();
  u.s.get() = "hello";
  cout << u.s.get() << endl;
  // Notice that the string in u.s is destroyed by calling
  // u.i.destructor_, not u.s.destructor_
}

【问题讨论】：

你可能想看看 std::aligned_storage，但你也可能想看看 boost::variant。也许您可以将析构函数指针放在联合之外，因为大概每个成员都需要它。

标签： c++ c++14 standard-layout

【解决方案1】：

感谢@Arvid，他将我指向std::aligned_storage，我相信该标准的第 20.10.7.6 节（我认为与 N4141 相同）中有一个明确的（尽管是非规范的）答案。

首先，表 57 提到 aligned_storage “成员 typedef type 应为 POD 类型...”，其中 9.0.10 明确指出“POD 结构是非联合类，它既是普通类又是标准布局类强>。”

接下来，20.10.7.6.1 给出了一个非规范的示例实现：

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

很明显，alignas 的使用不会阻止类型成为标准布局。

【讨论】：