对齐存储的 g++ 编译器问题 - 这是编译器错误吗？答案

【问题标题】：g++ compiler issue with aligned_storage - Is this a compiler bug?对齐存储的 g++ 编译器问题 - 这是编译器错误吗？
【发布时间】：2020-03-22 16:47:13
【问题描述】：

我从这个link复制了下面的一个程序

#include <iostream>
#include <type_traits>

struct A {  // non-POD type
  int avg;
  A (int a, int b) : avg((a+b)/2) {}
};

typedef std::aligned_storage<sizeof(A),alignof(A)>::type A_pod;

int main() {
  A_pod a,b;
  new (&a) A (10,20);
  b=a;
  std::cout << reinterpret_cast<A&>(b).avg << std::endl;

  return 0;
}

我在这段代码上运行了gdb来了解各种成分的大小，结果如下：

(gdb) b 18
Breakpoint 1 at 0x96d: /home/ripunjay/study/bitbucket/study/cpp/aligned_storage.cpp:18. (3 locations)
(gdb) r
Starting program: /home/ripunjay/study/bitbucket/study/cpp/aligned_storage 

Breakpoint 1, _GLOBAL__sub_I_main () at aligned_storage.cpp:18
18  }
(gdb) ptype a
type = const union {
    int i[2];
    double d;
}
(gdb) ptype A_pod
type = union std::aligned_storage<4, 4>::type {
    unsigned char __data[4];
    struct {
        <no data fields>
    } __align;
}
(gdb) ptype A_
No symbol "A_" in current context.
(gdb) ptype A
type = struct A {
    int avg;
  public:
    A(int, int);
}
(gdb) p sizeof(A)
$1 = 4
(gdb) p sizeof(a)
$2 = 8
(gdb) p sizeof(b)
$3 = 8

(gdb) ptype A
type = struct A {
    int avg;
  public:
    A(int, int);
}

后来看到一个普通的构造函数调用，我在 main() 中添加了一行来构造一个对象 c，如下所示 -

int main() {
  A_pod a,b;
  A c(10,20);
  new (&a) A (10,20);
  b=a;
  std::cout << reinterpret_cast<A&>(b).avg << std::endl;

  return 0;
}

这导致 a 和 b 的大小甚至类型定义发生变化。令人惊讶的是，即使注释掉了这个新添加的行，编译器也会有不同的行为。

(gdb) r
Starting program: /home/ripunjay/study/bitbucket/study/cpp/aligned_storage 
15

Breakpoint 1, main () at aligned_storage.cpp:18
18    return 0;
(gdb) ptype a
type = union std::aligned_storage<4, 4>::type {
    unsigned char __data[4];
    struct {
        <no data fields>
    } __align;
}
(gdb) ptype b
type = union std::aligned_storage<4, 4>::type {
    unsigned char __data[4];
    struct {
        <no data fields>
    } __align;
}
(gdb) ptype A_pod
type = union std::aligned_storage<4, 4>::type {
    unsigned char __data[4];
    struct {
        <no data fields>
    } __align;
}


g++ --version 
g++ (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0 Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc. This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

【问题讨论】：

b 未初始化，因此您的程序具有未定义的行为
reinterpret_cast<A&>(b).avg 表现出未定义的行为，通过在对象（A 类型）的生命周期开始之前访问它。
@IgorTandetnik - 我根本不看 cout 的输出 - 我更喜欢看 gdb 和 sizeof。请让我知道它是如何由未初始化的 b 控制的。另请查看两种情况下 a 和 b 的定义。

标签： c++ c++11 templates c++14 generic-programming

【解决方案1】：

通过这样做std::cout << reinterpret_cast<A&>(b).avg << std::endl;，您的程序会表现出未定义的行为。为什么？您使用未初始化的值。

这意味着什么？该编译器被允许做任何事情。我的意思是任何东西，包括炸毁你的电脑——这是标准允许的。因此，在 gdb 中看到类型大小/填充/对齐等方面的变化也就不足为奇了。编译器可以这样做，因为你进入了不法行为的领域。

恕我直言，但由于 class A 的 UB 大小/对齐方式已更改，因此没有简单的方法可以确定。因为它改变了 std::aligned_storage 的内部结构（因为对齐的存储内部结构对于不同的大小/对齐对可以有非常不同的内部表示）。

【讨论】：