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c++ - 具有数据成员语法的零成本属性

coder 2023-06-01 原文

我已经(重新？)发明了这种使用数据成员语法的零成本属性方法。我的意思是用户可以写:

some_struct.some_member = var;
var = some_struct.some_member;

这些成员访问以零开销重定向到成员函数。

虽然初步测试表明该方法在实践中确实有效，但我还不确定它是否没有未定义的行为。这是说明该方法的简化代码:

template <class Owner, class Type, Type& (Owner::*accessor)()>
struct property {
    operator Type&() {
        Owner* optr = reinterpret_cast<Owner*>(this);
        return (optr->*accessor)();
    }
    Type& operator= (const Type& t) {
        Owner* optr = reinterpret_cast<Owner*>(this);
        return (optr->*accessor)() = t;
    }
};

union Point
{
    int& get_x() { return xy[0]; }
    int& get_y() { return xy[1]; }
    std::array<int, 2> xy;
    property<Point, int, &Point::get_x> x;
    property<Point, int, &Point::get_y> y;
};

测试驱动程序证明该方法有效，并且确实是零成本(属性不占用额外内存):

int main()
{
    Point m;
    m.x = 42;
    m.y = -1;

    std::cout << m.xy[0] << " " << m.xy[1] << "\n";
    std::cout << sizeof(m) << " " << sizeof(m.x) << "\n";
}

实际代码稍微复杂一些，但方法的要点在这里。它基于使用真实数据(本例中为 xy)和空属性对象的 union 。 (真实数据必须是标准布局类才能正常工作)。

union 是必要的，因为否则属性会不必要地占用内存，尽管它是空的。

为什么我认为这里没有 UB？该标准允许访问标准布局 union 成员的公共(public)初始序列。这里，公共(public)初始序列是空的。 x 和 y 的数据成员根本不被访问，因为没有数据成员。我对标准的阅读表明这是允许的。 reinterpret_cast 应该没问题，因为我们将 union 成员强制转换为其包含的 union ，并且这些是指针可互转换的。

这确实是标准允许的，还是我在这里遗漏了一些 UB？

最佳答案

TL;DR 这是 UB。

[basic.life]

Similarly, before the lifetime of an object has started but after the storage which the object will occupy has been allocated or, after the lifetime of an object has ended and before the storage which the object occupied is reused or released, any glvalue that refers to the original object may be used but only in limited ways. For an object under construction or destruction, see [class.cdtor]. Otherwise, such a glvalue refers to allocated storage, and using the properties of the glvalue that do not depend on its value is well-defined. The program has undefined behavior if: [...]

  • the glvalue is used to call a non-static member function of the object, or

作者 definition ， union 的非事件成员不在其生命周期内。

一种可能的解决方法是使用 C++20 [[no_unique_address]] 

struct Point
{
    int& get_x() { return xy[0]; }
    int& get_y() { return xy[1]; }
    [[no_unique_address]] property<Point, int, &Point::get_x> x;
    [[no_unique_address]] property<Point, int, &Point::get_y> y;
    std::array<int, 2> xy;
};

static_assert(offsetof(Point, x) == 0 && offsetof(Point, y) == 0);

关于c++ - 具有数据成员语法的零成本属性，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/54617101/

amp43codePointltc++language-lawyerundefined-behaviorunions

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