std::launder 的正确用法

Question

我希望确认我是否正确使用std::launder(...)，以确保我正确理解其用法。

我正在创建一个基于 Rust 实现的 C++ Result<U,E>。

template <typename E>
class ResultStorage<void, E, std::enable_if_t<std::is_trivially_destructible_v<E>>> {
    using type = typename std::aligned_storage<sizeof(E), alignof(E)>::type;

public:
    explicit constexpr ResultStorage(const Ok<void>&) noexcept : tag_(ResultTag::OK) {}

    explicit constexpr ResultStorage(const Ok<void>&&) noexcept : tag_(ResultTag::OK) {}

    explicit constexpr ResultStorage(const Err<E>& err) noexcept(std::is_nothrow_copy_constructible<E>())
        : tag_(ResultTag::ERR) {
        new (&error_) E(err.get_error());
    }
    explicit constexpr ResultStorage(const Err<E>&& err) noexcept(std::is_nothrow_move_constructible<E>())
        : tag_(ResultTag::ERR) {
        new (&error_) E(std::move(err.get_error()));
    }

    ~ResultStorage() = default;

    [[nodiscard]] constexpr E& get_error() & noexcept {
        assert_err(tag_);
        return *std::launder(reinterpret_cast<E*>(&error_));
    }
    
    // Code omitted for brevity
private:
    ResultTag tag_;
    type error_;

    template <typename Rv, typename Ev>
    friend class result::Result;
};

在我的代码中，我使用using type = typename std::aligned_storage<sizeof(E), alignof(E)>::type;作为我的存储类型。 我认为当我从函数中返回错误类型时，需要使用std::launder(...)，如下所示：

    [[nodiscard]] constexpr E& get_error() & noexcept {
        assert_err(tag_);
        return *std::launder(reinterpret_cast<E*>(&error_));
    }

我相信我需要使用 std::launder(...) 是因为传入的错误类型可能是一个结构体，可能具有 const 值，如果不使用 std::launder(...) ，则在第一次初始化时它将引用 const 成员值。如果我要重复使用该分配的存储，它将始终引用最初的 const 成员值。

我对 std::launder 有一个初步的了解，所以需要解释在什么情况下需要使用它。我已经查看了cppreference中有关此函数的信息，但仍然觉得难以理解。

注意：完整的实现可以在 GitHub 上找到。

- cogle

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我认为在你的情况下，error_ 类型可以是 std::optional<E>。这将极大地简化你的设计。 - bolov

是的，我不反对使用 std::optional<E> 会更简单。但我没有这样做，因为我想尽可能少地依赖标准库，尝试从零开始实现一些东西。我当然考虑过使用 std::optional<E>，但我认为这将是一个有趣的方式来实现它并对结果进行分析。编辑：最终它确实引发了这个问题，所以我认为从学习的角度来看，它达到了我想要的效果。 - cogle

可以使用std :: byte替换std :: aligned_storage吗？ - bolov

Answer 1

我不会对std::launder进行猜测，但是您的代码还有另一个问题，解决它将使得std::launder不再需要:

new (&error_) E(err.get_error());
(reinterpret_cast<E*>(&error_);

这是错误的，因为标准只保证对于标准布局类型，创建的对象实际上将从&error 开始。我知道实际情况下不成立的一个特例是多重继承的情况。

因此，正确的方式是：

// class data member:
E* ptr = nullptr;

// then:
ptr = new (&error_) E(err.get_error());

只使用 ptr 来访问存储的对象。这样也就不再需要使用 std::launder 了。

当你在 C++ 中降到这个低级别时，会遇到许多微妙的陷阱。

- bolov

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感谢您指出这一点，在重新阅读有关std::aligned_storage的页面时，我发现代码中还存在另一个潜在的错误。我将专门针对std::is_standard_layout进行特化，并仅在其为真时使用问题中的代码。 - cogle