为什么这里需要使用std::launder？

Question

为什么这里需要使用std::launder？

c++undefined-behaviorstrict-aliasingstdlaunder

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我正在阅读cppreference，在std::aligned_storage的示例中，有一个关于向量/数组类的示例：

template<class T, std::size_t N>
class static_vector
{
    // properly aligned uninitialized storage for N T's
    typename std::aligned_storage<sizeof(T), alignof(T)>::type data[N];
    // IF you want to see possible implementation of aligned storage see link.
    // It's very simple and small, it's just a buffer
    
    std::size_t m_size = 0;
 
public:
    // Create an object in aligned storage
    template<typename ...Args> void emplace_back(Args&&... args) 
    {
        if( m_size >= N ) // possible error handling
            throw std::bad_alloc{};
 
        // construct value in memory of aligned storage
        // using inplace operator new
        new(&data[m_size]) T(std::forward<Args>(args)...);
        ++m_size;
    }
 
    // Access an object in aligned storage
    const T& operator[](std::size_t pos) const 
    {
        // note: needs std::launder as of C++17
        // WHY
        return *reinterpret_cast<const T*>(&data[pos]);
    }
 
    // Delete objects from aligned storage
    ~static_vector() 
    {
        for(std::size_t pos = 0; pos < m_size; ++pos) {
            // note: needs std::launder as of C++17
            // WHY?
            reinterpret_cast<T*>(&data[pos])->~T();
        }
    }
};

基本上，每个元素所在的内存桶/区域/地址都是一个char缓冲区。在该缓冲区中存在每个元素位置处，会进行T类型的放置new操作。因此，当返回该缓冲区的位置时，可以将char缓冲区强制转换为T*，因为在那里构造了一个T对象。从C++17开始为什么需要std::launder？我已经问了很多关于这个问题的问题，似乎大家都认为：

alignas(alignof(float)) char buffer [sizeof(float)];
new (buffer) float;// Construct a float at memory, float's lifetime begins
float* pToFloat = buffer; // This is not a strict aliasing violation
*pToFloat = 7; // Float is live here

这显然不是严格别名违规，完全没问题。那么为什么这里需要使用std::launder呢？

- Zebrafish

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你必须使用new返回的指针来访问创建的对象。不允许转换buffer。但是，可以使用std::launder从buffer中获取有效指针。 - spectras

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顺便提一下，这个注释有点误导人。使用std::launder是必需的，以使代码有效。在c++17之前，所需的工具只是缺失了，因此无法合法地编写这样的代码。 - spectras

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是的。char buffer[32]; MyStruct * ptr = new (&buffer[0]) MyStruct{}; ptr->~MyStruct(); 是可以的（假设对齐和大小要求已满足）。 - spectras

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斑马鱼 > 是的，std::launder 的添加正是为了有一种合法的方式来编写这个，而不是依赖于未定义的行为并希望编译器做正确的事情。 - spectras

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这正是我在上面的第二条评论中提到的：那个注释是误导性的。在C++17之前，没有合法的方法来编写那段代码。 - spectras

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1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Jeff Garrett · Accepted Answer

    // note: needs std::launder as of C++17
    return *reinterpret_cast<const T*>(&data[pos]);

为什么从C++17开始需要std::launder？

通过reinterpret_cast解引用指针的条件是非常有限的，而这不是其中之一。您正在将一个指针从一种类型转换为一个完全不相关的类型，并通过它进行读取。请参见此处。

std::launder允许您派生出有效的指针。它的存在的全部原因就是给你这个。

在C++17之前，您必须保存从放置new返回的指针，因为那是在视野中唯一有效的指向T的指针，在std::launder之前，您无法从缓冲区创建一个指针。

我已经问了很多关于这个问题的问题，似乎大家都同意...这显然不是一个严格的别名违规，完全没问题。那么为什么这里需要std::launder呢？

那样做并不好，出于同样的原因。也没有达成一致认为这是好的。请参见@eerorika在你的问题链接上的回答。