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C++标准模板（STL）- 类型支持（杂项变换，定义适于用作给定大小的类型的未初始化存储的类型，std::aligned_storage）

article 2024/11/17 9:31:39

类型特性

类型特性定义一个编译时基于模板的结构，以查询或修改类型的属性。

试图特化定义于 <type_traits> 头文件的模板导致未定义行为，除了 std::common_type 可依照其所描述特化。

定义于<type_traits>头文件的模板可以用不完整类型实例化，除非另外有指定，尽管通常禁止以不完整类型实例化标准库模板。

杂项变换

定义适于用作给定大小的类型的未初始化存储的类型

std::aligned_storage

template< std::size_t Len, std::size_t Align = /*default-alignment*/ >
struct aligned_storage;

(C++11 起)

提供嵌套类型 type ，其为平凡的标准布局类型，适于作为任何大小至多为 Len 且对齐要求为 Align 的因数的对象的未初始化存储。

Align 的默认值是任何大小至多为 Len 的对象的最强（最大）对齐要求。若不使用默认值，则 Align 对于某类型 T 必须为 alignof(T) 的值，否则行为未定义。

若 Len == 0 则行为未定义。

是否支持任何扩展对齐是实现定义的。

成员类型

名称	定义
`type`	长度至少为 `Len` 的 POD 类型，带对齐要求 `Align`

辅助类型

template< std::size_t Len, std::size_t Align = /*default-alignment*/ >
using aligned_storage_t = typename aligned_storage<Len, Align>::type;

(C++14 起)

注意

std::aligned_storage<>::type 所定义的类型能用于创建适合保有给定类型对象的未初始化内存块，可选地对齐严格于其自然对齐要求，例如在缓存或页边界上。

同任何其他未初始化存储，对象通过使用布置 new 创建，并以显式的析构函数调用销毁。

可能的实现

除了默认实参， aligned_storage 能通过 alignas 表达：

template<std::size_t Len, std::size_t Align /* 未实现默认对齐 */>
struct aligned_storage {
    struct type {
        alignas(Align) unsigned char data[Len];
    };
};

调用示例

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <string>

template<class T, std::size_t N>
class static_vector
{
    // N 个 T 的正确对齐的未初始化存储
    typename std::aligned_storage<sizeof(T), alignof(T)>::type data[N];
    std::size_t m_size = 0;

public:
    // 于对齐存储创建对象
    template<typename ...Args> void emplace_back(Args&&... args)
    {
        if (m_size >= N)  // 可行的错误处理
            throw std::bad_alloc{};
        new (data + m_size) T(std::forward<Args>(args)...);
        ++m_size;
    }

    // 访问对齐存储中的对象
    const T& operator[](std::size_t pos) const
    {
        // 注意： C++17 起需要 std::launder
        return *reinterpret_cast<const T*>(data + pos);
    }

    // 从对齐存储删除对象
    ~static_vector()
    {
        for (std::size_t pos = 0; pos < m_size; ++pos)
        {
            // 注意： C++17 起需要 std::launder
            reinterpret_cast<T*>(data + pos)->~T();
        }
    }
};

int main()
{
    static_vector<std::string, 10> v1;
    v1.emplace_back(5, '*');
    v1.emplace_back(10, '*');
    std::cout << v1[0] << std::endl << v1[1] << std::endl;
    return 0;
}