Consexpr 替代放置 new 以使内存中的对象未初始化？

Question

我正在尝试创建一个静态容器，它具有基于堆栈的内存并且可以容纳 T 的 N 个实例。非常相似 std::vector 我希望当前未使用的内存不包含 T 的初始化项。这通常可以通过放置 new 但这不可能在 constexpr 中使用。

使用联合 我发现了一个技巧，您可以为此使用联合，如下所示：

template <typename value_type>
union container_storage_type
{
    struct empty{};
    constexpr container_storage_type(): uninitialized{}{}
    constexpr container_storage_type(value_type v): value(v){}
    constexpr void set(value_type v)
    {
        *this = literal_container_storage_type{v};
    }

    empty uninitialized;
    value_type value;
};

这使您可以通过设置 empty 成员来存储未初始化的项目，这可以解决 constexpr 中的所有成员都必须初始化的限制。

现在这种方法的问题是，如果value_type是实现operator=的类型，rule for unions says：

如果联合包含具有非平凡特殊成员函数（复制/移动构造函数、复制/移动赋值或析构函数）的非静态数据成员，则该函数默认在联合中被删除并需要定义由程序员明确表示。

这意味着为了能够使用这个技巧，我也需要在联合中实现operator=，但是看起来怎么样？

constexpr container_storage_type& operator=(const container_storage_type& other)
{           
    value = other.value; //ATTEMPT #1
    //*this = container_storage_type(other.value);ATTEMPT #2

    return *this;
}

尝试#1：这似乎不可能，因为编译器抱怨在常量表达式中根本不允许更改联合的活动成员。 尝试 #2：这适用于之前 sn-p 的 set() 方法，因为它本身不会更改活动成员，但会重新分配整个联合。然而，这个技巧似乎无法在赋值运算符中使用，因为这会导致无限递归......

我在这里遗漏了什么吗，或者这真的是在 constexpr 中使用联合作为新布局替代方案的死胡同吗？

除了我完全错过的新展示位置之外，还有其他替代方法吗？

https://godbolt.org/z/km0nTY 说明问题的代码

Answer 1

在 C++17 中，你不能。

current restrictions 在常量表达式中不能做什么包括：

• 赋值表达式 ([expr.ass]) 或调用赋值运算符 ([class.copy.assign]) 会改变联合的活动成员；

• 一个新表达式;

真的没有办法。

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在 C++20 中，您可以做到，但可能不是您想的那样。由于P0784，后一个限制将在 C++20 中放宽为：

• 一个new-expression (8.3.4)，除非选择的分配函数是一个可替换的全局分配函数（21.6.2.1, 21.6.2.2）；

也就是说，new T 会变好，但new (ptr) T 仍然不允许。作为使std::vectorconstexpr 友好的一部分，我们需要能够管理“原始”内存——但我们仍然不能真正管理真正的原始内存。一切仍然需要输入。处理原始字节是行不通的。

但std::allocator 并不完全处理原始字节。 allocate(n) 为您提供 T* 和 construct 将 T* 作为位置和一堆参数，并在该位置创建一个新对象。在这一点上，您可能想知道这与 Placement new 有何不同——唯一的区别是坚持使用std::allocator，我们留在T* 的土地上——但placement new 使用void*。事实证明，这种区别至关重要。

不幸的是，这有一个有趣的结果，即您的 constexpr 版本“分配”内存（但它分配编译器内存，必要时将提升到静态存储 - 所以这就是你想要的） - 但是你的纯运行时版本肯定不想分配内存，实际上整点是它没有。为此，您必须使用is_constant_evaluated() 在恒定评估时间分配和运行时不分配之间切换。诚然，这并不漂亮，但它应该可以工作。

Answer 2

您的存储可能如下所示：

// For trivial objects
using data_t = const array<remove_const_t<T>, Capacity>>;
alignas(alignof(T)) data_t data_{};
// For non-trivial objects
alignas(alignof(T)) aligned_storage_t<T> data_[Capacity]{};

这将允许您创建一个由 非-const 对象组成的 const 数组。然后构造对象将如下所示：

// Not real code, for trivial objects
data_[idx] = T(forward<Args>(args)...);
// For non-trivial objects
new (end()) T(forward<Args>(args)...);

此处必须放置新位置。您将能够在编译时获得存储，但您不能在编译时构造它以用于非平凡对象。

您还需要考虑您的容器是否为零大小等。我建议您查看固定大小向量的现有实现，甚至还有一些针对constexpr 固定大小向量的建议，例如@987654321 @。