Wie löst „std::launder' Compiler-Optimierungsprobleme mit Const-Mitgliedern in Unions?

Enthüllung der Essenz der Speicherwäsche: Ein tieferer Einblick in std::launder

Im Bereich der C-Standardisierung führt P0137 std ein: :launder, eine Funktionsvorlage, die ein subtiles Problem im Zusammenhang mit Gewerkschaften, Lebensdauer und Zeigern anspricht. Um seinen Zweck zu verstehen, wollen wir uns mit dem spezifischen Problem befassen, mit dem sich dieses Papier befasst, und mit den nachfolgenden Sprachanpassungen, die wir berücksichtigen müssen.

Das vorliegende Problem

Betrachten Sie den folgenden Code Ausschnitt:

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

U u = {{ 1 }};

Hier wird eine Aggregatinitialisierung durchgeführt, bei der das erste Mitglied von U (x) auf den Wert gesetzt wird 1. Da n eine konstante Variable ist, geht der Compiler davon aus, dass u.x.n immer 1 bleibt.

Die Optimierungsfalle

Bedenken Sie jedoch den folgenden Code:

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

Da X trivial ist, können wir ein neues Objekt am selben Ort wie das alte erstellen und so diesen Code erstellen syntaktisch gültig. Das n-Mitglied des neuen Objekts wird nun auf 2 gesetzt.

Jetzt versuchen wir, auf u.x.n zuzugreifen. Was würden Sie als Ergebnis erwarten?

Die unglückliche Realität

Intuitiv könnte man denken, dass das Ergebnis 2 sein sollte. Dies ist jedoch nicht der Fall. Basierend auf der Annahme, dass const-Variablen unveränderlich sind, optimiert der Compiler den Code und macht den neuen Wert von u.x.n unzugänglich.

Geben Sie std::launder: Memory Laundering ein

Um diese Optimierung zu umgehen, müssen wir unseren Speicher mit std::launder „waschen“. Hier ist ein anschauliches Beispiel:

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

Speicherwäsche verhindert, dass der Compiler den Ursprung unseres Objekts zurückverfolgt, sodass wir trotz des const-Mitglieds auf den neuen Wert zugreifen können.

Zusätzliche Verwendung Cases

std::launder kann auch in anderen Situationen hilfreich sein, in denen sich der Datentyp oder die Speicherzuweisungssemantik ändert direkten Zugriff behindern.

Zusammenfassend ist std::launder ein leistungsstarkes Tool, das es uns ermöglicht, bestimmte Compiler-Optimierungen zu umgehen, die unsere Fähigkeit, korrekt auf den Speicher zuzugreifen, behindern könnten. Durch das Waschen des Speichers verhindern wir, dass der Compiler Annahmen über seinen Inhalt trifft, und stellen so sicher, dass wir einen genauen und zuverlässigen Datenzugriff haben.

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