使用std::array作为存储会调用UB吗？

Question

使用

std::array<std::byte, N> storage

作为存储来分配一些内存可以吗？ 例如，即使分配对象的生命周期与

a.data()

无关，在

std::array

上调用placement-new 是否安全？

std::aligned_storage_t

在 C++23 中被弃用，原因是它的 UB 植根于其设计（API 很差，但在这个问题中并非如此），而它与

 的用例非常接近std::array

，所以必须使用 C 风格的数组

std::byte storage[N]

作为内存分配的存储，而不是

std::array

（甚至可能是

std::vector

）。

Answer 1

std::aligned_storage_t

的问题是，当您开始新对象的生命周期时，

std::aligned_storage_t

对象的生命周期就结束了。 [基础生活]p1:

类型为 T 的对象

o

的生命周期结束于：

• [...]
• 该对象占用的存储空间[...]被未嵌套在 o 中的对象重用。

因此，如果您像使用

std::array

一样使用

std::aligned_storage_t

，您将无法调用数组的任何成员函数，因为数组的生命周期将结束：

alignas(T) std::array<std::byte, sizeof(T)> arr;
T* ptr = std::construct_at(reinterpret_cast<T*>(&arr), ...);
// Lifetime of `arr` ends
// arr.data();  // UB: lifetime of `std::array` has ended

但是，由于您使用

.data()

的

std::array

指针，那么生命周期不会结束，因为成员

std::byte[N]

将为新对象提供存储[intro.object]p3:

如果在与“array of N

unsigned char

”类型或“array of N

std​::​byte

”类型的另一个对象 e 关联的存储中创建了一个完整的对象，则该 array 为创建的对象提供存储 if [. ..]

由 [intro.object]p4:

一个对象 a 嵌套在 另一个对象 b 中，如果：

• a 是 b 的子对象，或者
• b 为 a 或
提供存储空间
• 存在一个对象 c，其中 a 嵌套在 c 中，c 嵌套在 b 中。

因此，用 b =

std::byte[N]

的成员

arr

和 c = 新构造的对象实例化第二个选项，用 c = 成员

std::byte[N]

和 a = 实例化第三个选项新构造的对象和 b =

std::array<std::byte, N>

对象。新构造的对象嵌套在

std::array

中。

因此它的使用方式与对象是

std::byte[N]

而不是

std::array<std::byte, N>

的方式相同（即为嵌套在数组中的新对象提供存储/

std::array

）：

alignas(T) std::array<std::byte, sizeof(T)> arr;
T* ptr = std::construct_at(reinterpret_cast<T*>(arr.data()), ...);
// Lifetime of `arr` continues: The array provides storage for the `T` object.
for (std::byte repr : arr) {
    // bytes of the object representation of `*ptr`
}
T* ptr2 = std::launder(reinterpret_cast<T*>(arr.data());  // Points to the same object as `*ptr`