我可以在构造函数调用之前设置成员变量吗？

Question

我开始实现一个基于 ID 的内存池，其中每个元素都有一个 id，它基本上是向量中的一个索引。在这种特殊情况下，我在构造对象本身之前就知道索引，所以我认为我在调用构造函数之前设置了 ID。

一些细节

从基于 ID 的池中分配对象如下：

1. 从池中分配一个空闲 id
2. 根据id值获取内存地址
3. 在内存地址上构造对象
4. 设置对象的ID成员

并且释放是基于该 id

这是代码（感谢 jrok）：

#include <new>
#include <iostream>

struct X
{
  X()
  {
    // id come from "nothing"
    std::cout << "X constructed with id: " << id << std::endl;
  }
  int id;
};

int main()
{
    void* buf = operator new(sizeof(X));

    // can I set the ID before the constructor call
    ((X*)buf)->id = 42;
    new (buf) X;
    std::cout << ((X*)buf)->id;
}

编辑

我在 boost 沙盒中找到了一个解决方案： sandbox Boost.Tokenmap

Answer 1

可以在构造函数调用之前设置成员变量吗？

不，但您可以创建一个带有 ID 的基类，在其构造函数中设置 ID（例如，如果无法分配 ID，则会引发异常）。从该类派生，并且在派生类进入构造函数的那一刻，ID 将已经设置。您还可以在另一个类中管理 id 生成 - 在某种全局单例中，或者您可以将 id manager 作为第一个参数传递给构造函数。

typedef int Id;
class IdObject{
public:
    Id getId() const{
        return id;
    }
protected:
    IdManager* getIdManager() ...
    IdObject()
    :id(0){
        IdManager* manager = getIdManager();
        id = manager->generateId();
        if (!id)
            throw IdException;
        manager->registerId(id, this);           
    }
    ~IdObject(){
        if (id)
            getIdManager()->unregisterId(id, this);
    }       
private:
    Id id;
    IdObject& operator=(IdObject &other){
    }
    IdObject(IdObject &other)
    :id(0){
    }
};

class DerivedObject: public IdObject{
public:
    DerivedObject(){
        //at this point, id is set.
    }
};

这种东西。

Answer 2

是的，你可以做你正在做的事，但这真的不是一个好主意。根据标准，您的代码调用Undefined Behaviour：

3.8 对象生命周期 [basic.life]

对象的生命周期是对象的运行时属性。 说一个对象有非平凡的初始化 如果它是类或聚合类型，并且它或其成员之一由构造函数初始化，而不是琐碎的 默认构造函数。 [注意：通过简单的复制/移动构造函数进行初始化是非平凡的初始化。 — end note ] 类型 T 的对象的生命周期开始于：

——获得了适合类型 T 的对齐方式和大小的存储，并且

——如果对象有非平凡的初始化，它的初始化就完成了。

类型 T 的对象的生命周期在以下时间结束：

——如果 T 是具有非平凡析构函数的类类型 (12.4)，则析构函数调用开始，或者

——对象占用的存储空间被重用或释放。

在对象的生命周期开始之前但在对象将占用的存储空间结束之后 分配，或者，在对象的生命周期结束之后，对象占用的存储空间之前 重用或释放，任何指向对象将要或曾经所在的存储位置的指针 可以使用，但只能以有限的方式使用。对于正在建造或破坏的物体，见 12.7。除此以外， 这样的指针指的是分配的存储（3.7.4.2），并且使用指针就好像指针的类型是 void*， 是明确的。这样的指针可以被取消引用，但生成的左值只能在有限的情况下使用 方式，如下所述。 如果出现以下情况，则程序具有未定义的行为：

——指针用于访问非静态数据成员或调用非静态成员函数 对象

当您的代码调用未定义行为时，允许实现做任何它想做的事情。在大多数情况下，什么都不会发生——如果你幸运的话，你的编译器会警告你——但有时结果会出乎意料的灾难性。

您描述了一个包含 N 个相同类型对象的池，使用连续数组作为底层存储。请注意，在这种情况下，您不需要为每个分配的对象存储一个整数 ID - 如果您有一个指向已分配对象的指针，您可以从数组中对象的偏移量派生 ID，如下所示：

struct Object
{
};

const int COUNT = 5; // allow enough storage for COUNT objects

char storage[sizeof(Object) * COUNT];

// interpret the storage as an array of Object
Object* pool = static_cast<Object*>(static_cast<void*>(storage));

Object* p = pool + 3; // get a pointer to the third slot in the pool
int id = p - pool; // find the ID '3' for the third slot

Answer 3

不，在对象的构造函数被调用之前，你不能在对象中设置任何东西。但是，您有几个选择：

1. 将 ID 传递给构造函数本身，因此它可以将 ID 存储在对象中。

2. 在正在构造的对象前面分配额外内存，将 ID 存储在该额外内存中，然后让对象在需要时访问该内存。

Answer 4

如果您知道对象的未来地址（您的场景就是这种情况），那么是的，您可以做那种事情。但是，这不是明确定义的行为，因此很可能不是一个好主意（在每种情况下都不是好的设计）。虽然它可能会“正常工作”。

使用上面评论中建议的std::map 更简洁，并且没有附加 UB 的“ifs”和“whens”。

尽管写入已知的内存地址可能会“正常工作”，但在构造函数运行之前对象并不存在，因此使用它的任何成员都是不好的。
一切皆有可能。没有编译器可能会做任何这样的事情，但是编译器可能会在运行构造函数之前将对象的存储设置为零，因此即使您不设置 ID 字段，它仍然会被覆盖。你无法知道，因为你正在做的事情是不确定的。

Answer 5

在构造函数调用之前你有什么理由要这样做吗？

从基于 ID 的池中分配对象如下：

1) allocate a free id from the pool
2) get a memory address based on the id value
3) construct the object on the memory address
4) set the ID member of the object and the deallocation is based on that id

根据你的步骤，你是在构造函数之后设置ID。

所以我以为我在调用构造函数之前设置了 ID。

我不想直言不讳，但你需要有比这更好的理由才能涉足未定义的行为领域。请记住，作为程序员，我们一直在学习很多东西，除非绝对没有办法绕过它，否则我们需要远离雷区，未定义的行为就是其中之一。

正如其他人所指出的，是的，您可以这样做，但这就像说您可以以 root 身份执行 rm -rf /。并不意味着你应该:)

C 让你很容易在脚上开枪。 C++ 让它变得更难了，但是当你这样做时，你会毁掉你的整条腿！ — Bjarne Stroustrup