通过在此指针上放置 new 重新初始化对象的未定义行为答案

【问题标题】：Undefined behaviour on reinitializing object via placement new on this pointer通过在此指针上放置 new 重新初始化对象的未定义行为
【发布时间】：2018-07-20 07:42:41
【问题描述】：

我在 cppcon 上看到 Piotr Padlewski 的演示文稿说以下是未定义的行为：

int test(Base* a){
  int sum = 0;
  sum += a->foo();
  sum += a->foo();
  return sum;
}

int Base::foo(){
  new (this) Derived;
  return 1;
}

注意：假设 sizeof(Base) == sizeof(Derived) 和 foo 是虚拟的。

显然这很糟糕，但我对为什么它是 UB 很感兴趣。我确实了解 UB 访问 realloced 指针，但他说，这是一样的。

相关问题：Is `new (this) MyClass();` undefined behaviour after directly calling the destructor? 上面写着“如果没有例外就可以” Is it valid to directly call a (virtual) destructor? 上面写着new (this) MyClass(); 的结果是UB。（与上述问题相反）

C++ Is constructing object twice using placement new undefined behaviour? 它说：

程序可以通过重用存储来结束任何对象的生命周期对象占用或显式调用析构函数具有非平凡析构函数的类类型的对象。对于一个对象具有非平凡析构函数的类类型，程序不是需要在存储之前显式调用析构函数占用的对象被重用或释放；但是，如果没有显式调用析构函数，或者如果删除表达式 (5.3.5) 是不用于释放存储，析构函数不得隐式调用和任何依赖副作用的程序析构函数产生的行为未定义。

听起来还不错。

我在Placement new and assignment of class with const member 中找到了新展示位置的另一个描述

如果，在对象的生命周期结束之后并且在存储之前被占用的对象被重用或释放，一个新的对象是在原始对象占用的存储位置创建，a 指向原始对象的指针，引用的引用到原始对象，或者原始对象的名称将自动引用新对象，并且一旦生命周期新对象已启动，可用于操作新对象，如果：

新对象的存储正好覆盖了原始对象占用的存储位置，并且

新对象与原始对象的类型相同（忽略顶级 cv 限定符），并且

原始对象的类型不是 const 限定的，并且，如果是类类型，则不包含任何类型为 const 限定或引用类型，以及

原始对象是 T 类型的最衍生对象，而新对象是 T 类型的最衍生对象（也就是说，它们不是基类子对象）。

这似乎解释了 UB。但真的是这样吗？

这不是说我不能拥有std::vector<Base> 吗？因为我假设由于其预分配std::vector 必须依赖placement-news 和明确的ctors。第 4 点要求它是最衍生的类型，Base 显然不是。

【问题讨论】：

在std::vector<Base> Base 中绝对是最衍生的。不可能有实际上是Deriveds 的Bases。在您的new (this) Derived; 中，this 实际上是否有足够的内存来保存Derived？
如果Derived 有额外成员（sizeof 更大）会怎样？这应该让您了解当您执行此展示位置 new 时可能会发生什么
还要考虑foo 是一个虚方法。对foo() 的第二次调用实际上会调用Derived::foo。
假设大小和虚拟 foo 相同。我现在补充了。我希望 Derived::foo 被调用，但它是 UB

标签： c++ language-lawyer destructor placement-new

【解决方案1】：

我相信伊丽莎白巴雷特布朗宁说得最好。让我数一数。

如果Base 不是可以轻易破坏的，我们就无法清理资源。
如果sizeof(Derived) 大于this 的动态类型的大小，我们将占用其他内存。
如果Base 不是Derived 的第一个子对象，那么新对象的存储空间将不会完全覆盖原始存储空间，并且最终还会破坏其他内存。
如果Derived 只是与初始动态类型不同的类型，即使大小相同，也比我们在cannot be used 上调用foo() 来引用新对象的对象。如果Base 或Derived 的任何成员是const 合格的或者是引用，情况也是如此。您需要 std::launder 任何外部指针/引用。

但是，如果sizeof(Base) == sizeof(Derived) 和Derived 可以轻易破坏，则Base 是Derived 的第一个子对象，而您实际上只有Derived 对象...这很好。

【讨论】：

std::launder 仍然需要。
1 & 2：假设这不适用，因为它显然是错误的。 3：相同的尺寸 -> 为什么存储布局很重要？ 4. 我真的不明白。旧对象被销毁。剩下的就是一些处于未定义状态的内存块。我向这个 blob 添加了一个新对象，通过 ctor 调用正确初始化它。为什么是这个UB？想法：a）CPU执行顺序（乱序）“缓存”常量值，但无论如何你都可以cast它们，对吧？ b) 编译器优化缓存旧的foo 指针/数据并重用它。那么std::launder 究竟做了什么？什么是“与初始动态类型不同的类型”
@Flamefire a) 您可以抛弃 const，但不能使用生成的左值来访问对象值。 b) 就是这样，std::launder 告诉编译器不要使用这个缓存值。大多数派生对象类请参见eel.is/c++draft/intro.object#6。
所以struct A{const int a_; A(int a):a_(a){} }; A a(1); const_cast<int&>(a.a_) = 2;是UB？
@Flamefire 是的。

【解决方案2】：

关于你的问题

...因为我假设由于它的预分配 std::vector 必须依赖安置新闻和明确的演员。第 4 点要求它是 Base 显然不是最衍生的类型。第 4 点要求它是 Base 显然不是最衍生的类型。

，我认为误解来自术语“最衍生对象”或“最衍生类型”：

类类型对象的“最派生类型”是实例化该对象的类，无论该类是否有进一步的子类。考虑以下程序：

struct A {
    virtual void foo() { cout << "A" << endl; };
};

struct B : public A {
    virtual void foo() { cout << "B" << endl; };
};

struct C : public B {
    virtual void foo() { cout << "C" << endl; };
};

int main() {

    B b;  // b is-a B, but it also is-an A (referred  to as a base object of b).
          // The most derived class of b is, however, B, and not A and not C.
}

当您现在创建vector<B> 时，该向量的元素将是类B 的实例，因此元素的最派生类型将始终是B，而不是C（或Derived) 在你的情况下。

希望这能带来一些启示。

【讨论】：