引用类型擦除的 void*

Posted 2023-02-16

【中文标题】引用类型擦除的 void*

【英文标题】：Reference to type-erased void*

【发布时间】：2019-08-30 23:51:44

【问题描述】：

我正在实现一个迭代器适配器，它允许处理保存void* 的旧数据类型，我想获得一个forward_iterator，它允许交换旧数据类型的值，方法是给用户一个保存在该结构中的真实指针的视图。示例：

auto it = iterator_adaptor<T*>(pos);

其中pos->object 是一个void*，它最初的类型是T*。事情是关于引用类型：

// within iterator_adaptor
typedef T*& reference;

// I want to promise that to the user.
typedef std::forward_iterator_tag iterator_category; 

reference operator*() const  return static_cast<reference>(_pos->object); 

这会产生编译器错误，因为我无法将引用包装在不同类型的对象上。如果类型相关，我可以在引用之间或指针之间进行转换，但是知道_pos->object 指向@ 类型的对象，我怎么能以非未定义的行为方式将void* 左值转换为T*& 987654331@?

我能想到的唯一可能被编译器吞下的是：

return *reinterpret_cast<T**>(&_pos->object);

或者这个方向的东西，但必须以 100% 的概率将其定义为标准未定义的行为。

注意：我想返回 T*&，而不是 T&，因为每个 T 的某些语义是由其地址定义的（具体来说，有映射 @ 987654336@ 到它的地址，因为每个T::id() 对于T* 都是唯一的）。如果我返回T& 并且用户交换它们，地址和id 不再匹配，举一些可能破坏应用程序的例子。我宁愿允许用户在结构中交换每个T* 的位置（因为用户毕竟保存了指针；每个T 都是在插入结构之前动态创建的），例如个性化其排序，或者使用任何需要转发和输入迭代器的std 算法。

实际上，“交换”位置并不是那么重要，但是我想提供一个功能，将<algorithm> 库用于需要前向迭代器的算法。

【问题讨论】：

我要去另一个方向。我正在重新审视我的旧 C 代码接口，以使它们尽可能地键入。不让void*活着....

你可能会返回一个包装器而不是一个真正的引用：typedef my_ref_wrapper<T*> reference;

@TedLyngmo 我实际上正在按照你说的做。我正在尝试再次输入所有内容。

@Jarod42 这不会产生 ForwardIterator。

typedef struct void* ptr_ A; 工作......并且即使在 C 中也进行了类型检查。@Peregring-lk 太好了！这对我很有帮助。

【参考方案1】：

好的，让我直说吧（mcve 会很有帮助）：

你有这种情况：

X x1, x2;
X* p = &x1;

void* vp = reinterpret_cast<void*>(p);

// p is lost

// here you want to recover p such that:
X*& q = /* something magic from vp */;
q = &x2; // this will modify p

如果这是不可能的情况，因为您永远丢失了对象p。您在vp 中保存了p 所指的内容，也就是您保存了它的值，也就是您保存了x1 的地址（以类型擦除的方式），这是可恢复的，指针是可恢复的（如果您知道原始type)，但 p 丢失了，它从未保存过。

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如果你想恢复p，那么你需要保存它的地址：

X x111, x227;
X* p = &x1;

void* vpp = reinterpret_cast<void*>(&p);

// p must not end lifetime !! very important

X*& q = *reinterpret_cast<X**>(vpp);
q = &x2; // will indeed modify p (p must still be alive)

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否则你可以这样做，它完全有效：

T& a = *reinterpret_cast<T*>(pos->object);
T* p = reinterpret_cast<T*>(pos->object);

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最后是一些标准甜点（重点是我的）：

§8.5.1.10 重新解释演员表 [expr.reinterpret.cast]

对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。 ⁷³ 当对象指针的prvalue v type 转换为对象指针类型“pointer to cv T”， 结果是static_cast<cv T*>(static_cast<cv void*>(v))。 [ 笔记： 将“指向 T1 的指针”类型的纯右值转换为“指向 T1 的指针”类型 T2”（其中 T1 和 T2 是对象类型，其中对齐 T2 的要求并不比 T1 的要求更严格）然后回到它的 原始类型产生原始指针值。 ——尾注]

最简单的例子：

X* p = /* ... */;

void* v = reinterpret_cast<void*>(p);

X* q = reinterpret_cast<X*>(v);

// q is guaranteed to have the original value of p,
// i.e. p == q is true