重用存储是否开始新对象的生命周期？ [复制]

Question

#include <cstdlib>
struct B {
    virtual void f();
    void mutate();
    virtual ~B();
};
struct D1 : B { void f(); };
struct D2 : B { void f(); };
void B::mutate() {
    new (this) D2; // reuses storage — ends the lifetime of *this
    f(); // undefined behavior - WHY????
    ... = this; // OK, this points to valid memory
}

我需要解释一下为什么f() 调用有UB？ new (this) D2; 重用存储，但它也为D2 调用构造函数，并开始新对象的生命周期。在这种情况下，f() 等于 this -> f()。 那就是我们只是调用D2的成员函数f()。谁知道为什么是UB？

Answer 1

该标准显示了此示例 § 3.8 67 N3690：

struct C {
  int i;
  void f();
  const C& operator=( const C& );
};

const C& C::operator=( const C& other) {
  if ( this != &other ) {
    this->~C(); // lifetime of *this ends
    new (this) C(other); // new object of type C created
    f(); // well-defined
  }
  return *this;
}

C c1;
C c2;
c1 = c2; // well-defined
c1.f(); // well-defined; c1 refers to a new object of type C

请注意，此示例在就地构造新对象之前终止对象的生命周期（与您的代码相比，它不调用析构函数）。

但即使你这样做了，标准也说：

如果，在对象的生命周期结束之后并且在存储之前 被占用的对象被重用或释放，一个新的对象是 在原始对象占用的存储位置创建，a 指向原始对象的指针，引用的引用 到原始对象，或者原始对象的名称将 自动引用新对象，并且一旦生命周期 新对象已启动，可用于操作新对象，如果：

——新对象的存储正好覆盖存储位置 原始对象占据了哪个，并且 - 新对象属于 与原始对象相同的类型（忽略顶层 cv 限定符）和

——原始对象的类型不是 const 限定，并且，如果是类类型，则不包含任何非静态 类型为 const 限定或引用类型的数据成员，以及

——原始对象是 T 类型的最衍生对象 (1.8)，而 新对象是类型 T 派生度最高的对象（也就是说，它们不是 基类子对象）。

注意'and'字，以上条件都必须满足。

由于您没有满足所有条件（您将派生对象放置在基类对象的内存空间中），当使用隐式或显式使用此指针。

根据编译器的实现，这可能会或现在会崩溃，因为基类虚拟对象为 vtable 保留了一些空间，就地构造了一个派生类型的对象，该对象覆盖了一些虚函数意味着 vtable 可能不同，放置对齐问题和其他低级内部结构，您将拥有简单的 sizeof 不足以确定您的代码是否正确。

Answer 2

这个结构很有趣：

• placement-new 不能保证调用对象的析构函数。因此，此代码将无法正确确保对象的生命周期结束。

• 所以原则上你应该在重用对象之前调用析构函数。但随后您将继续执行已死对象的成员函数。根据标准 section.9.3.1/2 如果为非 X 类型或从 X 派生的类型的对象调用类 X 的非静态成员函数，则行为未定义。

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当你的新对象创建完成时，你当前对象的身份实际上在执行函数时已经改变了。您无法确定指向将被调用的虚函数的指针是在您的放置新（因此是指向 D1::f 的旧指针）之前还是之后（因此是 D2::f）读取的。

顺便说一句，正是由于这个原因，在联合中你能做什么或不能做什么有一些限制，在联合中，不同的活动对象共享相同的内存位置（参见第 9.5/2 点，特别是标准中的第 9.5/4 点）。