std：：launder的目的是什么？

Question

P0137 引入了函数模板 std：：launder，并在有关联合、生存期和指针的部分中对标准进行了许多更改。

这篇论文解决的问题是什么？我需要注意的语言变化是什么？我们在清洗什么？

Answer 1

我认为std:：wash有两个目的。

1. 不断折叠/传播的障碍，包括 去中心化。
2. 细粒度基于对象结构的别名分析的障碍。

从历史上看，C 标准允许编译器假定以某种方式获得的 const 限定或引用非静态数据成员的值是不可变的，即使其包含对象是非常量并且可以通过放置 new 重用。

在C 17/P0137R1中，< code>std::launder作为一个禁用上述(错误)优化(CWG 1776)的功能引入，这是< code>std::optional所需要的。正如P0532R0中所讨论的，< code>std::vector和< code>std::deque的可移植实现可能也需要< code>std::launder，即使它们是C 98组件。

幸运的是，RU007（包括在P1971R0和C 20中）禁止这种（错误）优化。AFAIK没有编译器执行此（错误）优化。

虚拟表指针(vptr)在其包含多态对象的生命周期内可以被认为是常量，这是去虚拟化所需要的。假设vptr不是非静态数据成员，在某些情况下，编译器仍然允许基于vptr没有改变的假设(即，或者对象仍然在其生存期内，或者它被相同动态类型的新对象重用)来执行去虚拟化。

对于一些用不同动态类型的新对象替换多态对象的不常见的用法(如此处所示)，需要< code>std::launder作为反虚拟化的屏障。

IIUC Clang使用这些语义（LLVM-D40218）实现了std:：wash（__builtin_launder）。

P0137R1还通过引入指针互变性改变了C对象模型。IIUC这种变化使得N4303中提出的“基于对象结构的别名分析”成为可能。

因此，P0137R1直接使用从未定义的无符号char[N]数组中取消引用reinterpret_cast'd指针，即使该数组正在为另一个正确类型的对象提供存储。然后需要std::launder来访问嵌套对象。

这种别名分析似乎过于激进，可能会破坏许多有用的代码库。目前没有任何编译器实现它。

IIUC std::launder和基于类型的别名分析/严格别名是不相关的。< code>std::launder要求正确类型的活动对象位于提供的地址。

然而，它们似乎意外地与Clang（LLVM-D47607）相关。

Answer 2

std::launder是一个名称错误的函数。此函数执行与洗钱相反的操作：它污染指向内存，以消除编译器可能对指向值的任何期望。它排除了基于此类期望的任何编译器优化。

因此，在@NicolBolas的回答中，编译器可能假设某个内存中保存了某个常量值；或者未初始化。你是在告诉编译器:“那个地方(现在)被弄脏了，不要做那样的假设”。

如果你想知道为什么编译器一开始总是坚持它天真的期望，并且需要你为它显著地破坏一些东西——你可能想要阅读这个讨论:

为什么要引入“std：：launder”而不是让编译器来处理它？

…这让我对std::launder的含义有了这样的看法。

Answer 3

std::launder的名字很贴切，尽管只有当你知道它的用途时。它执行内存清洗。

考虑论文中的例子:

struct X { const int n; };
union U { X x; float f; };
...

U u = {{ 1 }};

该语句执行聚合初始化，使用{1}初始化U的第一个成员。

因为n是常量变量，编译器可以自由地假设 应始终为1。

那么如果我们这样做会发生什么：

X *p = new (&u.x) X {2};

因为< code>X很简单，所以我们不需要在创建一个新对象之前销毁旧对象，所以这是完全合法的代码。新对象的< code>n成员将是2。

告诉我...< code>u.x.n会返回什么？

显而易见的答案是2。但这是错误的，因为编译器被允许假设一个真正的< code>const变量(不仅仅是< code>const

[basic.life]/8列出了可以通过变量/指针/对旧对象的引用访问新创建的对象的情况。而拥有const成员是不合格的因素之一。

因此...怎样才能恰当地谈论< code>u.x.n？

我们必须洗白我们的记忆：

assert(*std::launder(&u.x.n) == 2); //Will be true.

洗钱是用来防止人们追踪你的钱从哪里来的。内存清洗用于防止编译器跟踪对象的来源，从而迫使编译器避免任何可能不再适用的优化。

另一个不合格的因素是如果您更改对象的类型。std::launder也可以在这里提供帮助：

alignas(int) char data[sizeof(int)];
new(&data) int;
int *p = std::launder(reinterpret_cast<int*>(&data));

[basic.life]/8告诉我们，如果你在旧对象的存储中分配一个新对象，你不能通过指向旧对象的指针访问新对象。launder允许我们绕过它。