Regras de Alias ​​Strict-Aliasing Vs GCC 4.4.3

Question

Eu tenho algum código que uso com sucesso há alguns anos para implementar um "objeto do tipo variante"; Ou seja, um objeto C ++ que pode conter valores de vários tipos, mas apenas usa (aproximadamente) a maior memória que o maior dos tipos possíveis. O código é semelhante em espírito a uma união marcada, exceto que também suporta tipos de dados que não sejam do POD. Ele realiza essa mágica usando um buffer de char, posicionamento novo/excluir e reinterpret_cast <>.

Recentemente, tentei compilar este código no GCC 4.4.3 (com -o3 e -wall) e recebi muitos avisos como este:

warning: dereferencing type-punned pointer will break strict-aliasing rules

Pelo que li, isso é uma indicação de que o novo otimizador do GCC pode gerar código 'buggy', que eu obviamente gostaria de evitar.

Eu colei uma 'versão de brinquedo' do meu código abaixo; Existe algo que eu possa fazer no meu código para torná-lo mais seguro no GCC 4.4.3, enquanto ainda suporta tipos de dados que não são do POD? Sei que, como último recurso, eu sempre poderia compilar o código com -fno-strict-aliasing, mas seria bom ter código que não se quebre sob a otimização, para que eu prefiro não fazer isso.

(Observe que eu gostaria de evitar a introdução de uma dependência de impulso ou C ++ 0x na base de código; portanto, enquanto as soluções Boost/C ++ 0x são interessantes, eu prefiro algo um pouco mais antiquado)

#include <new>

class Duck
{
public:
   Duck() : _speed(0.0f), _quacking(false) {/* empty */}
   virtual ~Duck() {/* empty */}  // virtual only to demonstrate that this may not be a POD type

   float _speed;
   bool _quacking;
};

class Soup
{
public:
   Soup() : _size(0), _temperature(0.0f) {/* empty */}
   virtual ~Soup() {/* empty */}  // virtual only to demonstrate that this may not be a POD type

   int _size;
   float _temperature;
};

enum {
   TYPE_UNSET = 0,
   TYPE_DUCK,
   TYPE_SOUP
};

/** Tagged-union style variant class, can hold either one Duck or one Soup, but not both at once. */
class DuckOrSoup
{
public:
   DuckOrSoup() : _type(TYPE_UNSET) {/* empty*/}
   ~DuckOrSoup() {Unset();}

   void Unset() {ChangeType(TYPE_UNSET);}
   void SetValueDuck(const Duck & duck) {ChangeType(TYPE_DUCK); reinterpret_cast<Duck*>(_data)[0] = duck;}
   void SetValueSoup(const Soup & soup) {ChangeType(TYPE_SOUP); reinterpret_cast<Soup*>(_data)[0] = soup;}

private:
   void ChangeType(int newType);

   template <int S1, int S2> struct _maxx {enum {sz = (S1>S2)?S1:S2};};
   #define compile_time_max(a,b) (_maxx< (a), (b) >::sz)
   enum {STORAGE_SIZE = compile_time_max(sizeof(Duck), sizeof(Soup))};

   char _data[STORAGE_SIZE];
   int _type;   // a TYPE_* indicating what type of data we currently hold
};

void DuckOrSoup :: ChangeType(int newType)
{
   if (newType != _type)
   {
      switch(_type)
      {
         case TYPE_DUCK: (reinterpret_cast<Duck*>(_data))->~Duck(); break;
         case TYPE_SOUP: (reinterpret_cast<Soup*>(_data))->~Soup(); break;
      }
      _type = newType;
      switch(_type)
      {
         case TYPE_DUCK: (void) new (_data) Duck();  break;
         case TYPE_SOUP: (void) new (_data) Soup();  break;
      }
   }
}

int main(int argc, char ** argv)
{
   DuckOrSoup dos;
   dos.SetValueDuck(Duck());
   dos.SetValueSoup(Soup());
   return 0;
}

Answer 1

Ok, você pode fazer isso se estiver disposto a armazenar um vazio extra *. Eu reformatei um pouco sua amostra, por isso foi mais fácil para mim trabalhar. Veja isso e veja se atende às suas necessidades. Além disso, observe que eu forneci algumas amostras para que você possa adicionar alguns modelos a ele que ajudarão a usabilidade. Eles podem ser estendidos muito mais, mas isso deve lhe dar uma boa ideia.

Há também algumas coisas de saída para ajudá -lo a ver o que está acontecendo.

Mais uma coisa, suponho que você saiba que precisa fornecer cópia apropriada e operador de atribuição, mas esse não é o cerne desse problema.

Minhas informações da versão g ++:

G ++ --version G ++ (SUSE Linux) 4.5.0 20100604 [Revisão GCC-4_5-Branch 160292

#include <new>
#include <iostream>

class Duck
{
public:
   Duck(float s = 0.0f, bool q = false) : _speed(s), _quacking(q)
  {
    std::cout << "Duck::Duck()" << std::endl;
  }
   virtual ~Duck() // virtual only to demonstrate that this may not be a POD type
   {
     std::cout << "Duck::~Duck()" << std::endl;
   }

   float _speed;
   bool _quacking;
};

class Soup
{
public:
   Soup(int s = 0, float t = 0.0f) : _size(s), _temperature(t)
  {
    std::cout << "Soup::Soup()" << std::endl;
  }
   virtual ~Soup() // virtual only to demonstrate that this may not be a POD type
   {
     std::cout << "Soup::~Soup()" << std::endl;
   }

   int _size;
   float _temperature;
};

enum TypeEnum {
   TYPE_UNSET = 0,
   TYPE_DUCK,
   TYPE_SOUP
};
template < class T > TypeEnum type_enum_for();
template < > TypeEnum type_enum_for< Duck >() { return TYPE_DUCK; }
template < > TypeEnum type_enum_for< Soup >() { return TYPE_SOUP; }

/** Tagged-union style variant class, can hold either one Duck or one Soup, but not both at once. */
class DuckOrSoup
{
public:
   DuckOrSoup() : _type(TYPE_UNSET), _data_ptr(_data) {/* empty*/}
   ~DuckOrSoup() {Unset();}

   void Unset() {ChangeType(TYPE_UNSET);}
   void SetValueDuck(const Duck & duck)
   {
     ChangeType(TYPE_DUCK);
     reinterpret_cast<Duck*>(_data_ptr)[0] = duck;
   }
   void SetValueSoup(const Soup & soup)
   {
     ChangeType(TYPE_SOUP);
     reinterpret_cast<Soup*>(_data_ptr)[0] = soup;
   }

   template < class T >
   void set(T const & t)
   {
     ChangeType(type_enum_for< T >());
     reinterpret_cast< T * >(_data_ptr)[0] = t;
   }

   template < class T >
   T & get()
   {
     ChangeType(type_enum_for< T >());
     return reinterpret_cast< T * >(_data_ptr)[0];
   }

   template < class T >
   T const & get_const()
   {
     ChangeType(type_enum_for< T >());
     return reinterpret_cast< T const * >(_data_ptr)[0];
   }

private:
   void ChangeType(int newType);

   template <int S1, int S2> struct _maxx {enum {sz = (S1>S2)?S1:S2};};
   #define compile_time_max(a,b) (_maxx< (a), (b) >::sz)
   enum {STORAGE_SIZE = compile_time_max(sizeof(Duck), sizeof(Soup))};

   char _data[STORAGE_SIZE];
   int _type;   // a TYPE_* indicating what type of data we currently hold
   void * _data_ptr;
};

void DuckOrSoup :: ChangeType(int newType)
{
   if (newType != _type)
   {
      switch(_type)
      {
         case TYPE_DUCK: (reinterpret_cast<Duck*>(_data_ptr))->~Duck(); break;
         case TYPE_SOUP: (reinterpret_cast<Soup*>(_data_ptr))->~Soup(); break;
      }
      _type = newType;
      switch(_type)
      {
         case TYPE_DUCK: (void) new (_data) Duck();  break;
         case TYPE_SOUP: (void) new (_data) Soup();  break;
      }
   }
}

int main(int argc, char ** argv)
{
   Duck sample_duck; sample_duck._speed = 23.23;
   Soup sample_soup; sample_soup._temperature = 98.6;
   std::cout << "Just saw sample constructors" << std::endl;
   {
     DuckOrSoup dos;
     std::cout << "Setting to Duck" << std::endl;
     dos.SetValueDuck(sample_duck);
     std::cout << "Setting to Soup" << std::endl;
     dos.SetValueSoup(sample_soup);
     std::cout << "Should see DuckOrSoup destruct which will dtor a Soup"
       << std::endl;
   }
   {
     std::cout << "Do it again with the templates" << std::endl;
     DuckOrSoup dos;
     std::cout << "Setting to Duck" << std::endl;
     dos.set(sample_duck);
     std::cout << "duck speed: " << dos.get_const<Duck>()._speed << std::endl;
     std::cout << "Setting to Soup" << std::endl;
     dos.set(sample_soup);
     std::cout << "soup temp: " << dos.get_const<Soup>()._temperature << std::endl;
     std::cout << "Should see DuckOrSoup destruct which will dtor a Soup"
       << std::endl;
   }
   {
     std::cout << "Do it again with only template get" << std::endl;
     DuckOrSoup dos;
     std::cout << "Setting to Duck" << std::endl;
     dos.get<Duck>() = Duck(42.42);
     std::cout << "duck speed: " << dos.get_const<Duck>()._speed << std::endl;
     std::cout << "Setting to Soup" << std::endl;
     dos.get<Soup>() = Soup(0, 32);
     std::cout << "soup temp: " << dos.get_const<Soup>()._temperature << std::endl;
     std::cout << "Should see DuckOrSoup destruct which will dtor a Soup"
       << std::endl;
   }
   std::cout << "Get ready to see sample destructors" << std::endl;
   return 0;
}

Answer 2

Eu teria escrito o código como assim:

typedef boost::variant<Duck, Soup> DuckOrSoup;

Mas acho que todo mundo tem seu próprio gosto.

A propósito, seu código é buggy, você não cuida de possíveis problemas de alinhamento, você não pode simplesmente colocar um objeto em nenhum momento da memória, há uma restrição a respeito, que muda com todos os tipos. Em C ++ 0x, existe o alignof Palavra -chave para obtê -lo e alguns outros utilitários para obter armazenamento alinhado.

Answer 3

Eu consegui convencer o GCC (4.2.4, correr com -Wstrict-aliasing=2) para não reclamar usando um void * temporário, ou seja.

void SetValueDuck(const Duck & duck) {ChangeType(TYPE_DUCK); void *t=&_data; reinterpret_cast<Duck*>(t)[0] = duck;}

Answer 4

Ainda não consigo entender a necessidade ou o uso disso, mas o G ++ 4.4.3 com -o3 -wall funciona com o seguinte patch. Se funcionar, você pode compartilhar o caso de uso, por que precisa disso?

class DuckOrSoup
{
public:
   DuckOrSoup() : _type(TYPE_UNSET) {_duck = NULL; _soup = NULL;/* empty*/}
   ~DuckOrSoup() {Unset();}

   void Unset() {ChangeType(TYPE_UNSET);}
   void SetValueDuck(const Duck & duck) {ChangeType(TYPE_DUCK); _duck = new (&_data[0])Duck (duck); }
   void SetValueSoup(const Soup & soup) { ChangeType(TYPE_SOUP); _soup = new (&_data[0])Soup (soup); }

private:
   void ChangeType(int newType);

   template <int S1, int S2> struct _maxx {enum {sz = (S1>S2)?S1:S2};};
   #define compile_time_max(a,b) (_maxx< (a), (b) >::sz)
   enum {STORAGE_SIZE = compile_time_max(sizeof(Duck), sizeof(Soup))};

   char _data[STORAGE_SIZE];
   int _type;   // a TYPE_* indicating what type of data we currently hold
   Duck* _duck;
   Soup* _soup;
};

void DuckOrSoup :: ChangeType(int newType)
{
   if (newType != _type)
   {
      switch(_type)
      {
         case TYPE_DUCK:
             _duck->~Duck();
             _duck = NULL;
             break;
         case TYPE_SOUP:
             _soup->~Soup();
             _soup = NULL;
             break;
      }
      _type = newType;
      switch(_type)
      {
         case TYPE_DUCK: _duck = new (&_data[0]) Duck();  break;
         case TYPE_SOUP: _soup = new (&_data[0]) Soup();  break;
      }
   }
}