Wie geht „std::launder' auf Compiler-Annahmen hinsichtlich der Speicherinitialisierung und -lebensdauer in C ein?

std::launder: Speicherwäsche zur C-Optimierung

Die kürzlich eingeführte Funktionsvorlage std::launder zielt darauf ab, ein grundlegendes Problem in zu lösen C im Zusammenhang mit der Speicherinitialisierung und -lebensdauer. Um seinen Zweck vollständig zu verstehen, lassen Sie uns in die Feinheiten der Speicherverwaltung in der Sprache eintauchen.

Das Problem: Persistente Compiler-Annahmen

Betrachten Sie den folgenden Code:

struct X { const int n; };
union U { X x; float f; };
...
U u = {{ 1 }};

Aggregatinitialisierung initialisiert das erste Mitglied von U mit {1}. Da n konstant ist, geht der Compiler davon aus, dass u.x.n immer 1 ist. Beachten Sie jedoch Folgendes:

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

Dieser Code erstellt legal ein neues Objekt im Speicher von u.x. Sein n-Mitglied ist auf 2 gesetzt, was gegen die vorherige Annahme des Compilers verstößt.

Das Problem: Lebensdauer und Optimierung

Gemäß dem C-Standard wird neu auf a zugegriffen Das Erstellen eines Objekts durch Variablen/Zeiger/Verweise auf das alte Objekt ist verboten, wenn das alte Objekt ein konstantes Mitglied hat oder vom Typ des neuen Objekts ist anders.

Diese Einschränkung ermöglicht es dem Compiler, Optimierungen basierend auf Annahmen über den Speicherinhalt vorzunehmen. Wenn diese Annahmen jedoch gebrochen werden, kann es zu undefiniertem Verhalten kommen.

std::launder: Compiler-Annahmen brechen

std::launder bietet eine Lösung für dieses Problem Erinnerung „waschen“. Es weist den Compiler effektiv an, frühere Annahmen über den Speicherort zu ignorieren, und zwingt ihn, ihn so zu behandeln, als ob er frisch zugewiesen worden wäre.

Im vorherigen Beispiel würde uns dies ermöglichen, ordnungsgemäß auf u.x.n zuzugreifen:

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

Darüber hinaus kann std::launder den Zugriff auf ein neu erstelltes Objekt durch Zeiger auf die alten Typen erleichtern unterscheiden sich:

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

Fazit

std::launder ist ein leistungsstarkes Tool, das es Programmierern ermöglicht, hartnäckige Compiler-Annahmen zu durchbrechen und so Optimierungen zu ermöglichen, die sonst durch die Lebensdauer verhindert würden und Schreibbeschränkungen. Durch die Nutzung der Speicherwäsche stellt std::launder sicher, dass kritische Speicherinhalte auf flexible und klar definierte Weise behandelt werden, wodurch die Sicherheit und Effizienz von C-Code erhöht wird.

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