带有区分联合和可选<>的奇怪段错误

Question

我想知道在这个使用 std::experimental::optional 和联合类型的简单示例中，什么可能导致段错误。奇怪的是，在 clang 和 gcc 中都会发生段错误，但在两个不同的地方。

我也对从下面的日志中看到的大量复制和破坏感到困惑，想知道是否有更好/惯用的方法来避免这么多明显冗余的操作？在这种情况下，鉴于此处的所有对象都是按值传递和访问的，是否将所有构造函数切换为采用右值引用并在任何地方使用 std::move ？

#include <iostream>
#include <vector>

// https://github.com/akrzemi1/Optional
#include "Optional/optional.hpp"

using std::cout;
using std::vector;
using std::experimental::optional;

struct X {
    int y;

    X(int y) : y(y) { cout << "X::X(int)\n"; }
    X(const X& x) : y(x.y) { cout << "X::X(const X&)\n"; }
    ~X() noexcept { cout << "X::~X()\n"; }
};

struct A {
    vector<X> x;

    A(const vector<X>& x) : x(x) { cout << "A::A(const vector<X>&)\n"; }
    A(const A& a) : x(a.x) { cout << "A::A(const A&)\n"; }
    ~A() noexcept { cout << "A::~A()\n"; }

    static optional<A> get() {
        cout << "A::get()\n";
        return A({ X(1), X(2) });
    }
};

struct M {
    union { A a; };

    M(A a) : a(a) {cout << "M::M(A)\n";}
    M(const M &m) { a = m.a; }

    ~M() noexcept {
        cout << "M::~M()\n";
        (&a)->A::~A();
    }

    static optional<M> get() {
        cout << "M::get()\n";
        auto a = A::get();
        return M(*a);
    }
};

struct P {
    vector<M> m;

    P(const vector<M>& m) : m(m) { cout << "P::P(const vector<M>&)\n"; }
    P(const P& p) : m(p.m) { cout << "P::P(const P&)\n"; }

    static optional<P> get() {
        cout << "P::get()\n";
        auto m1 = M::get();
        auto m2 = M::get();
        vector<M> m;
        cout << "push message 1\n";
        m.push_back(*m1);
        cout << "push message 2\n";
        m.push_back(*m2);
        return P(m);
    }
};

int main() {
    auto p = P::get();
    cout << (*p).m[1].a.x[0].y << "\n";
}

GCC 失败如下：

P::get()
M::get()
A::get()
X::X(int)
X::X(int)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const vector<X>&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
A::~A()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
M::M(A)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
'./a.out' terminated by signal SIGBUS (Misaligned address error)

#0  0x0000000100003c59 in X* std::__copy_move<false, false, std::random_access_iterator_tag>::__copy_m<X const*, X*>(X const*, X const*, X*) ()
#1  0x000000010000364e in X* std::__copy_move_a<false, X const*, X*>(X const*, X const*, X*) ()
#2  0x0000000100002f3c in __gnu_cxx::__normal_iterator<X*, std::vector<X, std::allocator<X> > > std::__copy_move_a2<false, __gnu_cxx::__normal_iterator<X const*, std::vector<X, std::allocator<X> > >, __gnu_cxx::__normal_iterator<X*, std::vector<X, std::allocator<X> > > >(__gnu_cxx::__normal_iterator<X const*, std::vector<X, std::allocator<X> > >, __gnu_cxx::__normal_iterator<X const*, std::vector<X, std::allocator<X> > >, __gnu_cxx::__normal_iterator<X*, std::vector<X, std::allocator<X> > >) ()
#3  0x00000001000025f8 in __gnu_cxx::__normal_iterator<X*, std::vector<X, std::allocator<X> > > std::copy<__gnu_cxx::__normal_iterator<X const*, std::vector<X, std::allocator<X> > >, __gnu_cxx::__normal_iterator<X*, std::vector<X, std::allocator<X> > > >(__gnu_cxx::__normal_iterator<X const*, std::vector<X, std::allocator<X> > >, __gnu_cxx::__normal_iterator<X const*, std::vector<X, std::allocator<X> > >, __gnu_cxx::__normal_iterator<X*, std::vector<X, std::allocator<X> > >) ()
#4  0x0000000100001d19 in std::vector<X, std::allocator<X> >::operator=(std::vector<X, std::allocator<X> > const&) ()
#5  0x00000001000012ad in A::operator=(A const&) ()
#6  0x00000001000012d7 in M::M(M const&) ()
#7  0x0000000100001356 in std::experimental::storage_t<M>::storage_t<M>(M&&) ()
#8  0x0000000100001393 in std::experimental::optional_base<M>::optional_base(M&&) ()
#9  0x00000001000013c4 in std::experimental::optional<M>::optional(M&&) ()
#10 0x0000000100001456 in M::get() ()
#11 0x00000001000016a8 in P::get() ()
#12 0x0000000100000db1 in main ()

而 clang 有时不会崩溃，有时会这样：

P::get()
M::get()
A::get()
X::X(int)
X::X(int)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const vector<X>&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
A::~A()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
M::M(A)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
M::~M()
A::~A()
X::~X()
X::~X()
A::~A()
X::~X()
X::~X()
A::~A()
X::~X()
X::~X()
M::get()
A::get()
X::X(int)
X::X(int)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const vector<X>&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
A::~A()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::~X()
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
M::M(A)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
A::A(const A&)
X::X(const X&)
X::X(const X&)
M::~M()
A::~A()
X::~X()
X::~X()
A::~A()
X::~X()
X::~X()
A::~A()
X::~X()
X::~X()
push message 1
'./a.out' terminated by signal SIGSEGV (Address boundary error)

Answer 1

您没有在 M const& ctor 案例中构造 A，您只是在它未初始化时对其进行分配。

联合不构造它们的内容。

这与可选无关。

Answer 2

问题（如果我没记错的话）不是由std::experimental::optional 引起的；它是由struct M 中的union { A a; } 引起的，它在M 复制构造函数中使用。

union { A a; } 是一个 C++11 联合，具有非平凡（具有非平凡构造函数）。所以，如果我没记错的话，构造函数（和析构函数等）被删除了。

我们可以观察到M的拷贝构造函数

M(const M &m) { a = m.a; }

没有初始化列表；所以联合中的a 元素未初始化。什么时候执行任务

a = m.a;

等号左侧的a 未初始化并且（即使：如果我没记错的话）程序的行为是未定义的。

解决方案（我希望）：

1) 在A中添加默认构造函数

A() {};

2) 并在复制构造函数的初始化列表中初始化a

M(const M &m) : a() { a = m.a; }

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更好的解决方案（感谢 Lightness Races in Orbit）：使用 A 的复制构造函数在初始化列表中初始化

M(const M &m) : a(m.a) { }