静态字符数组的对齐保证

Question

我想了解静态分配的char数组的对齐保证。查看其他SO问题，我发现一些关于动态分配的char数组的问题。对于静态分配的char数组，它们是否对齐，以便我可以将任何类型放置到其中（只要足够大）？还是这只适用于动态分配的数组？

char buff[sizeof(T)];
T * pT = (T*) buff;
new(pT) T(); // well defined?
...
pT->~T();

如果不行，我该如何解决这个问题？

- Thomas Eding

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我相信C++11可以保证这一点，而C++03则不能。我会让其他人发布一个真正带有标准引用的答案。 - K-ballo

@K-ballo: 我不认为C++11保证了这一点。它添加了alignas来实现这个目的。 - Nawaz

@Nawaz：这是我从 3.11/6 [basic.align] 中的理解，你觉得呢？我理解错了吗？ - K-ballo

@K-ballo: 我很确定你搞错了。3.11/6说char类型具有最弱的对齐方式，而3.11/5则说更严格的对齐方式（具有更大的对齐值）满足较弱的对齐方式（具有较小的对齐值），而不是反过来。问题在于只要注意对齐方式，就可以将char类型用于对齐内存区域。参考3.11/6注释中提到的7.6.2（对齐说明符）来了解如何做到这一点的一种方法。另一种方法是过度分配char数组，在数组内部使用适当对齐的偏移指针。 - James Caccese

Answer 1

在C++11中，正确的做法是这样的：

char alignas(T) buff[sizeof(T)]; //Notice 'alignas' as
T * pT = (T*) buff;
new(pT) T(); // well defined!

请注意使用alignas的方法。

如果T是模板参数，则最好使用std::alignment_of类模板：

char alignas(std::alignment_of<T>::value) buff[sizeof(T)]; 

同时请注意，传递给 alignas 的参数可以是一个 正整数值 或者 类型。因此，以下两种写法是等价的：

char alignas(T)          buff[sizeof(T)];
char alignas(alignof(T))  buff[sizeof(T)]; //same as above

第二种方法使用alignof，它返回一个类型为std::size_t的整数值。

- Nawaz

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“C+++”，那将会是一门不错的编程语言！:P - K-ballo

@DavidHammen：哎呀……我没注意到。 - Nawaz

@Nawaz，我认为alignas（T）与alignas（sizeof（T））不同。例如对于结构体，对齐方式是最严格对齐成员的对齐方式，对于任何具有多个成员的结构体，其大小都小于结构体的大小。 - AProgrammer

@AProgrammer：是打错字了，我是指 alignas(alignof(T)) 而不是 alignas(sizeof(T))。 - Nawaz

@user1095108：std::alignment_of通常在模板内使用，此时如果模板参数T是数组类型，则std::alignment_of返回元素类型的对齐要求。alignof则不会这样做。 - Nawaz

Answer 2

如果您想保证静态字符数组的对齐，可以使用联合技巧。

union
{
    char buff[sizeof(T)];
    uint64_t dummy;
};

这里将保证联合体中最大元素的对齐方式。当然，你应该将这个不好看的代码封装成一个漂亮的类。

编辑：更好的答案是使用boost::aligned_storage或者C++11中的alignas。

- Alex Wilson

Answer 3

不，静态分配的数组对齐到sizeof(element_type)字节--对于char类型，它是1个字节，这基本上保证了没有对齐。

- user529758

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二维数组，例如char a[M][N]，是否适用相同的规则？ - Michał Górny

@MichałGórny 我相信是这样的，因为它们实际上只是一维的。 - user529758