成员指针的大小和 reinterpret_cast 是不是固定？

Posted 2023-02-21

【中文标题】成员指针的大小和 reinterpret_cast 是不是固定？

【英文标题】：are member pointers fixed in size and reinterpret_cast?成员指针的大小和 reinterpret_cast 是否固定？

【发布时间】：2015-06-10 01:29:34

【问题描述】：

我正在尝试创建一个模板类，其中包含指向任意类实例和函数的指针，如下所示：

template<class C>
class A 
   typedef void (C::*FunctPtr)(); //e.g. void C::some_funct();

   FunctPtr functPtr_;
   C* instPtr_;
public:
   A(FunctPtr functPtr, C* instPtr)
      : functPtr_(functPtr)
      , instPtr_(instPtr) 
;

但是，我希望能够创建此类的实例，而无需使用 Placement new 进行动态内存分配。 C++ 标准是否保证该模板类对于所有 C 类都是固定大小的？

在Don Clugston's article 指针中，我注意到各种编译器上成员函数指针的各种大小的图表，并且一些编译器的大小并不总是相同。我以为我被冲洗了，但这个标准符合吗？从 C++ 标准秒。 5.2.10 重新解释演员表：

——将“指向成员函数的指针”类型的纯右值转换为指向成员函数的不同指针 类型并返回其原始类型会产生指向成员值的原始指针。

C++ 标准中的该语句是否表明成员函数指针的大小都相同？

如果不是，我想我仍然可以重写代码，以明确利用 reinterpret_cast 保证：

class GenericClass;

template<class C>
class A 

   typedef void (GenericClass::*GenFunctPtr)();
   typedef void (C::*SpecificFunctPtr)();

   GenFunctPtr functPtr_; //store any kind of function ptr in this fixed format
   GenericClass* instPtr_;

public:
   A(SpecificFunctPtr functPtr, C* instPtr)
      : functPtr_(reinterpret_cast<GenFunctPtr>(functPtr))
      , instPtr_(reinterpret_cast<GenericClass*>(instPtr)) 

   void DoSomething()
   
      //now convert pointers back to the original type to use...
      reinterpret_cast<SpecificFunctPtr>(functPtr_);
      reinterpret_cast<C*>(instPtr_);
   
;

现在看来，这似乎需要尺寸相同但符合标准，对吧？我更喜欢第一个选项，但是如果我必须第二个也可以。想法？

【问题讨论】：

该标准甚至不保证 C* 对于所有 C 的大小相同（尽管它在必须的平台上）——即使它保证您可以通过 void * 往返.我还认为它允许任何插入的填充发生变化。如果您想要完全的可移植性，我认为您不走运 - 尽管我认为您的机制将适用于大多数平台。

【参考方案1】：

我不知道标准中是否指定了指向成员的实现细节（找不到），但是由于我们知道C*对于所有C都有相同的大小，我们可以确定FunctPtr 的大小对于各种类型C 并添加一个static_assert：

template <class C>
class A 
   typedef void (C::*FunctPtr)(); //e.g. void C::some_funct();
   static_assert(sizeof(FunctPtr) == 16, 
       "unexpected FunctPtr size"); // from coliru, clang and gcc

   FunctPtr functPtr_;
   C* instPtr_;
   ...
;

至少我尝试了几种类型的类（base，derived，multiple derived x virtual，non-virtual）并且它总是给出相同的大小。

这可能是特定于平台和/或编译器的，正如Pointers to member functions are very strange animals 所指出的那样：

仅使用单继承的类的成员函数指针的大小就是指针的大小。 使用多重继承的类的成员函数指针的大小是指针的大小加上 size_t 的大小。

这不是我在 clang 或 gcc 中看到的。

【讨论】：

使用 static_assert 将是一个很好的双重检查，可能在放置 new 的位置执行以确保实例适合。但是，如果代码符合标准并保证可移植，我会更加一致，而不是确保它与特定编译器兼容。

【参考方案2】：

Microsoft 编译器根据类的复杂程度使用不同大小的成员指针。从技术上讲，这是不合规的（因为即使类定义不可见，您也可以定义指向成员的指针），但它在实践中运行良好，默认情况下会这样做。编译指示和编译器开关可用于控制此行为。参见例如https://msdn.microsoft.com/en-us/library/83cch5a6.aspx。

即使任何给定类的指针总是相同大小，只是不同的类可能有不同大小的成员指针。

【讨论】：

Microsoft 编译器并不是最符合标准的。但关于您的第二条陈述：“......不同的类可能有不同大小的指向成员的指针”。这似乎不符合标准，因为标准说您可以在成员指针之间来回使用 reinterpret_cast 强制转换，即使它指向不同的类类型。

我完全同意。我只是指出一种流行的编译器所做的权衡 - 不兼容但默认情况下更有效。我怀疑你巧妙的GenericClass 机制会在那里遇到困难。