尺寸和类型，保证

sizeof and types, guarantees

本文关键字：保证 类型      更新时间：2023-10-16

我找不到以下代码片段没有设计缺陷的证据/证明，谈到了正确性。

template <class Item>
class MyDirtyPool {
public:
    template<typename ... Args>
    std::size_t add(Args &&... args) {
        if (!m_deletedComponentsIndexes.empty()) {
            //reuse old block
            size_t positionIndex = m_deletedComponentsIndexes.back();
            m_deletedComponentsIndexes.pop_back();
            void *block = static_cast<void *> (&m_memoryBlock[positionIndex]);
            new(block) Item(std::forward<Args>(args) ...);
            return positionIndex;
        } else {
            //not found, add new block
            m_memoryBlock.emplace_back();
            void *block = static_cast<void *> (&m_memoryBlock.back());
            new(block) Item(std::forward<Args>(args) ...);
            return m_memoryBlock.size() - 1;
        }
    }
    //...all the other methods omitted
private:
    struct Chunk {
        char mem[sizeof(Item)]; //is this sane?
    };
    std::vector<Chunk> m_memoryBlock; //and this one too, safe?
    std::deque<std::size_t> m_deletedComponentsIndexes;
};

我关心Chunk的所有东西，它在这里本质上是一个与所提供类型大小相同的内存袋。我不想在m_memoryBlock中显式地创建Item对象，因此我需要某种"有足够空间的内存块"。

我能确定Chunk的大小与提供的类型相同吗？请提供一些这个假设不起作用的例子。

如果我的假设完全错误，我应该如何处理？

在这样的设计中，内存必须与您想要在那里创建的对象类型适当对齐。

标准内置类型通常具有自然对齐，这等于它们的sizeof，即sizeof(T) == alignof(T)。

char数组的对齐方式是1字节，这对于其他任何操作都是不够的。

强制对齐的一个简单方法是像这样使用std::max_align_t：

union Chunk 
{
    std::max_align_t max_align;
    char mem[sizeof(Item)]; 
};

这将使Chunk::mem适合于任何标准的内置类型。

另一种方法是使用C++11alignas关键字对要放置在char数组中的类型进行精确对齐：

struct Chunk 
{
    alignas(Item) char mem[sizeof(Item)]; 
};

这正是std::aligned_storage为您所做的。

然而，这将需要暴露Item的定义，这在某些情况下可能是不方便或不希望的。

例如，这种方法可以用作Pimpl习惯用法的优化，以避免内存分配，然而，这将需要在头文件中公开实现的定义，以获得其大小和对齐方式，从而违背Pimpl的目的。有关更多详细信息，请参阅"快速Pimpl习语"。

另一个细节是，如果您想复制/移动Chunk，并希望存储的对象保持有效，那么这些存储的对象必须是可复制的，例如

static_assert(std::is_trivially_copyable<Item>::value, 
              "Item cannot be copied byte-wise");
typedef std::aligned_storage<sizeof(Item), alignof(Item)> Chunk;

对于内存池，std::vector<Chunk>不是一个好的选择，因为在重新分配时，当向量增长时，存储在池中的对象的所有指针和引用都将无效。

对象不应在通用内存池中移动。

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