初始化相互引用的对象

Question

考虑下面这组互相引用的类型:

struct A;
struct B { A& a; };
struct A { B& b; };

在GCC、Clang、Intel和MSVC中，可以使用聚合初始化来进行初始化，但SunPro坚持要求必须使用用户定义的构造函数。

struct {A first; B second;} pair = {pair.second, pair.first};

这个初始化是否合法？

稍微详细的演示：http://ideone.com/P4XFw

现在，遵循Sun的警告，那么对于具有用户定义构造函数的类呢？下面的代码可以在GCC、clang、Intel、SunPro和MSVC中工作，但是它合法吗？

struct A;
struct B { A& ref; B(A& a) : ref(a) {} };
struct A { B& ref; A(B& b) : ref(b) {} };

struct {B first; A second;} pair = {pair.second, pair.first};

演示： http://ideone.com/QQEpA

最后，如果容器也不是简单的情况呢，例如（在G ++，Intel，Clang（有警告）中工作，但在MSVC（“pair”未知于初始化程序）或SunPro（“pair不是一个结构”）中不起作用）

std::pair<A, B> pair(pair.second, pair.first);

据我所见，§3.8[basic.life]/6禁止在对象生命周期开始之前访问非静态数据成员，但是对pair.second的lvalue求值是否算作对second的"访问"呢？如果是的话，那么这三个初始化是否都是非法的呢？另外，§8.3.2[dcl.ref]/5说：“参考必须被初始化为指向有效对象”，这可能也使这三个初始化都非法了，但也许我漏看了什么，编译器出于某种原因接受这种情况。 PS：我意识到这些类在任何情况下都不实用，因此使用了“语言律师”标签。相关且稍微更实用的旧讨论在这里：Circular reference in C++ without pointers

- Cubbi

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我的直觉是你的聚合构造是正确的（虽然我现在无法证明），而使用 std::pair 的非聚合版本则肯定不允许，原因就像你所说的那样。你可以问一个更简单的问题：struct Foo { Foo & r; Foo(Foo & f) : r(f) { } } x(x); - Kerrek SB

你能用指针让它工作吗？ - Karl Knechtel

据我所知，第二个示例是不合法的，因为只有聚合体（可能没有用户声明的构造函数）才能有花括号初始化器：§8.5[dcl.init]/14。 - Emil Styrke

相关：在基类构造函数完成之前传递this：UB还是危险？（我相信，它几乎回答了你的问题，“这是不可能的”） - bitmask

Answer 1

从编译器的角度来看，引用不过是常量指针。使用指针重写你的例子，就能清楚地看到它是如何工作的以及为什么会这样。

struct A;
struct B { A* a; };
struct A { B* b; };
struct {A first; B second;} pair = {&(pair.second), &(pair.first)}; //parentheses for clarity

正如Schollii所写：内存是预先分配的，因此可寻址。由于引用/指针，没有访问或评估。这仅仅是获取“second”和“first”的地址，简单的指针算术。

我可以抱怨在除了运算符之外的任何地方使用引用都是语言滥用，但我认为这个例子足以突出问题 :)

（从现在开始，我手动编写所有构造函数。您的编译器可能会自动执行此操作。）尝试使用new：

struct A;
struct B { A& a; B(A& arg):a(arg){;} };
struct A { B& b; A(B& arg):b(arg){;} };
typedef struct PAIR{A first; B second; PAIR(B& argB, A& argA):first(argB),second(argA){;}} *PPAIR, *const CPPAIR;
PPAIR pPair = NULL;// just to clean garbage or 0xCDCD
pPair = new PAIR(pPair->second, pPair->first);

现在这取决于执行顺序。如果分配是最后进行的（在构造函数之后），则second.p将指向0x0000，first.ref将指向例如0x0004。
实际上，在此处运行的是cters（最有意义！），因此一切正常（即使看起来不应该）http://codepad.org/yp911ug6。

但是关于模板，我无话可说。

但是你的问题是“是否合法”。没有法律禁止它。
它会工作吗？嗯，我不太信任编译器制造商对此做出任何声明。

- Agent_L

Answer 2

一开始这个问题让我很困扰，但现在我想我明白了。根据1998标准的12.6.2.5，C++保证数据成员按照它们在类中声明的顺序进行初始化，并且构造函数体在所有成员都被初始化后执行。这意味着表达式

struct A;
struct B { A& a; };
struct A { B& b; };
struct {A first; B second;} pair = {pair.second, pair.first};

这是有道理的，因为pair是一个自动（本地、堆栈）变量，所以它的相对地址和成员的地址对编译器来说是已知的，并且first和second没有构造函数。

为什么上面的代码有意义的两个条件是：当构造类型为A的first（在pair的任何其他数据成员之前）时，first的数据成员b被设置为引用pair.second，其地址已知于编译器，因为它是一个堆栈变量（程序中已经存在空间）。请注意，pair.second作为对象，即内存段，尚未初始化（包含垃圾），但这并不改变该垃圾的地址在编译时已知并可用于设置引用的事实。由于A没有构造函数，因此它不能尝试对b执行任何操作，因此行为是定义良好的。一旦first被初始化，就轮到second了，同样：它的数据成员a引用类型为A的pair.first，并且编译器已知pair.first的地址。

如果编译器不知道地址（例如使用 new 运算符通过堆内存），则应该会出现编译错误，或者如果没有，则是未定义的行为。尽管谨慎地使用放置 new 运算符可能会使其正常工作，因为在这种情况下，first 和 second 的地址在初始化 first 时可以被知道。

现在来看一下变化：

struct A;
struct B { A& ref; B(A& a) : ref(a) {} };
struct A { B& ref; A(B& b) : ref(b) {} };
struct {B first; A second;} pair = {pair.second, pair.first};

第一个代码示例与第二个的唯一区别在于B构造函数被明确定义，但是由于构造函数体中没有代码，所以汇编代码肯定是相同的。因此，如果第一个代码示例有效，则第二个也应该有效。

然而，如果B的构造函数体中有代码，并且该代码正在获取对尚未初始化（但地址已定义和已知）的某些内容（pair.second）的引用，并且该代码使用了a，那么显然你会遇到麻烦。如果你很幸运，你会得到一个崩溃，但是当最终调用A构造函数时，写入a将很可能无声地失败，因为这些值稍后会被覆盖。

- Oliver