Общая начальная последовательность и выравнивание

Question

Думая о контр-примере для этого вопроса, я придумал:

struct A
{
    alignas(2) char byte;
};

Но если это законный и стандартный макет, совместим ли он с этим макетом? struct B?

struct B
{
    char byte;
};

Кроме того, если у нас есть

struct A
{
    alignas(2) char x;
    alignas(4) char y;
};
// possible alignment, - is padding
// 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
//  x  -  -  -  y  -  -  -  x  -  -  -  y  -  -  -

struct B
{
    char x;
    char y;
}; // no padding required

union U
{
    A a;
    B b;
} u;

Существует ли общая начальная последовательность для A а также B? Если так, включает ли это A::y & B::y? Т.е. можем ли мы написать следующее без вызова UB?

u.a.y = 42;
std::cout << u.b.y;

(ответы на C++1y / "fixed C++11" также приветствуются)

---

• См. [Basic.align] для выравнивания и [dcl.align] для спецификатора выравнивания.

• [basic.types] / 11 говорит о фундаментальных типах "Если два типа T1 а также T2 того же типа, то T1 а также T2 являются совместимыми с макетом типами." (основной вопрос заключается в том, A::byte а также B::byte иметь совместимые с макетом типы)

• [class.mem] / 16 "Два типа структуры стандартного макета совместимы с макетом, если они имеют одинаковое количество элементов не статических данных, а соответствующие элементы нестатических данных (в порядке объявления) имеют типы, совместимые с макетом".

• [class.mem]/18 "Две стандартные структуры компоновки имеют общую начальную последовательность, если соответствующие элементы имеют типы, совместимые с компоновкой, и ни один из них не является битовым полем, либо оба являются битовыми полями одинаковой ширины для последовательности из одного или более начальных членов. "

• [class.mem]/18 "Если объединение стандартной компоновки содержит две или более структур стандартной компоновки, которые имеют общую начальную последовательность, и если объект объединения стандартной компоновки в настоящее время содержит одну из этих структур стандартной компоновки, это разрешается проверить общую начальную часть любого из них. "

Разумеется, на уровне юристов по языку другой вопрос заключается в том, что означает, что проверка общей начальной последовательности "разрешена". Я думаю, какой-то другой абзац может сделать u.b.x неопределенное поведение (чтение из неинициализированного объекта).

Answer 1

Похоже на дыру в стандарте. Ответственным было бы подать отчет о дефекте.

Несколько вещей, хотя:

• Ваш первый пример на самом деле не демонстрирует проблему. Добавление short после char также будет иметь эффект выравнивания char до 2-байтовой границы, без изменения общей подпоследовательности.
• alignas не только C++; он был добавлен одновременно к C11. Поскольку свойство стандартного макета является средством межязыковой совместимости, вероятно, предпочтительнее требовать соответствия соответствующих спецификаторов выравнивания, чем дисквалифицировать класс с нестатическим спецификатором выравнивания члена.
• Не было бы никаких проблем, если бы спецификаторы выравнивания элементов применялись к типам элементов. Другие проблемы могут возникать из-за отсутствия настройки типов, например, параметра функции ret fn( alignas(4) char ) может потребоваться, чтобы ABI корректно обработал его, но язык может не предусматривать такую ​​корректировку.

Answer 2

Я не могу говорить о стандарте C++11, но я программист микропрограммного обеспечения и микропроцессоров и должен использовать такие функции, которые существуют в течение длительного времени (пакет прагм, атрибуты выравнивания).

С помощью alignas не может рассматриваться как "стандартная схема", поэтому все последствия бесполезны. Стандартная компоновка означает одно распределение с фиксированным выравниванием (для каждой архитектуры - обычно все align(min(sizeof,4)) или некоторые могут быть align(8)). Стандарт, вероятно, хочет сказать, что очевидно: без использования специальных функций (align, pack) структуры совместимы на одной архитектуре, если они выглядят одинаково (одинаковые типы в одинаковом порядке). В противном случае они могут и не могут быть совместимы - в зависимости от архитектуры (могут быть совместимы на одной архитектуре, но могут отличаться на другой).

Рассмотрим эту структуру:

struct foo{ char b; short h; double d; int i; };

На одной архитектуре (например, x86 32bit) это то, что кажется, но на Itanium или ARM это выглядит так:

struct foo{char b, **_hidden_b**; short h; **int _maybe_hidden_h**; double d; int i;}  

уведомление _maybe_hidden_h - это может быть опущено в более старом AEABI (выравнивание до 4) или там для выравнивания 64 бит /8B.

Стандартное расположение x86 (упаковка (1)):

alignas(1) char b; alignas(1) short h; alignas(1) double d; alignas(1) int i;  

Стандартное расположение 32-битного выравнивания (пакет (4) - архитектура ARM, более старая версия - EABI)

alignas(1) char b; alignas(2) short h; **alignas(4) double d**; alignas(4) int i;  

Стандартная компоновка для 64-битного выравнивания (пакет (8) - Itanium и более новые ARM/AEABI)

alignas(1) char b; alignas(2) short h; **alignas(8) double d**; alignas(4) int i;

К вашему примеру:
offsetof(A,y) = 4 в то время как offsetof(B,y) = 2 и союз не меняет это (таким образом, &u.a.y != u.b.y)

Answer 3

(основной вопрос заключается в том, имеют ли A::byte и B::byte совместимые с макетом типы)

Да. Это важная часть. alignasатрибут относится к объявленной сущности, а не к типу. Может быть легко проверено std::is_same а также decltype,

Т.е. можем ли мы написать следующее без вызова UB?

Поэтому это не UB, соответствующие параграфы были указаны вами.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Извините, это, конечно, может привести к UB, потому что заполнение между членами не (или реализации-) не определен (§9.2/13)! Я случайно неправильно прочитал пример, потому что я думал, что он получил доступ к x вместо y, потому что с x это на самом деле всегда работает - тогда как с y это теоретически не должно (хотя это практически всегда будет).