在 C++ 中為非 POD 類型創建 POD 包裝器

Question

在我的代碼中的某一時刻，我需要將一些參數作為 POD 結構傳遞（具體將數據復制到 CUDA常量memory）。 但我想通過用戶定義的構造函數（無虛擬方法）傳遞更多“復雜”類型。

我想知道是否有任何問題（或更好的解決方案）做這樣的事情來減輕 POD 約束（基本上使用 POD 結構至少與我感興趣的 object 相同的大小作為真實事物的代理）。

#include <iostream>
#include <cstring>

// Meant to be used as a pointer to the Derived type.
template <class T>
struct PODWrapper 
{
    uint8_t data_[sizeof(T)];

    const T& operator*()  const { return *reinterpret_cast<const T*>(this); }
    const T* operator->() const { return  reinterpret_cast<const T*>(this); }
};

class NonPOD
{
    protected:

    float x_;

    public:

    NonPOD(float x) : x_(x) {}
    NonPOD(const NonPOD& other) : x_(other.x_) {}

    float  x() const { return x_; }
    float& x()       { return x_; }
};

int main()
{
    // initial value
    NonPOD initial(10.0f);

    //copying to pod wrapper
    PODWrapper<NonPOD> pod;
    std::memcpy(&pod, &initial, sizeof(NonPOD));

    // accessing pod wrapper
    NonPOD nonpod(*pod);
    std::cout << nonpod.x() << std::endl;

    return 0;
}

用例是能夠聲明一個結構 CUDA常量memory 具有任何類型（CUDA 期望 POD 類型）。 是這樣的：

__constant__ PODWrapper<NonPOD> constantData;

我對此進行了測試，它似乎可以工作，但我特別擔心 memory 問題，即使用 memcpy 到/從 PODWrapper 的“this”指針。

Answer 1

您的 PODWrapper 以三種方式表現出未定義的行為。 這是一個修復：

template <class T>
struct PODWrapper 
{
    alignas(T) std::byte data_[sizeof(T)];

    const T& operator*()  const { return *std::launder(reinterpret_cast<const T*>(data_)); }
    const T* operator->() const { return  std::launder(reinterpret_cast<const T*>(data_)); }
};

如果不對齊字節存儲，則不能保證有足夠的 memory。此外，您必須std::launder memory 地址。

但是，最大的問題是在任何地方都沒有創建 object 類型（除了initial ）。 memory 在那里，但就 C++ 而言，沒有NonPOD object 駐留在該 memory 中。您可以使用std::construct_at和std::destory_at來創建和銷毀 object。

std::construct_at(pod.data_, initial);

請注意，object 與存儲 object 的 memory 不同。 特別是對於非平凡的類型（順便說一句，POD 的概念有些過時並且不再適用）。 有關詳細信息，請參閱TrivialType 。

不要 memcopy 到data_ 。 它不會創建 object 並且您仍將處於UB-land中。

訪問權限對我來說很好。

Answer 2

當將“NonPOD”class 轉換為“POD”class 非常簡單時，我不確定為什么要制作包裝器。

在此處查看 class 屬性： https://en.cppreference.com/w/cpp/language/classes

您 class 僅缺少 2 個要求：

• 每個符合條件的復制構造函數都是微不足道的
• 有一個或多個符合條件的默認構造函數，因此每個構造函數都是微不足道的。

要解決這個問題，您需要刪除非平凡的復制構造函數（如果需要，可以添加默認復制構造函數）並添加默認的平凡構造函數。 即這有效：

#include <iostream>
#include <type_traits>

class NonPOD
{
    protected:

    float x_;

    public:

    // Add trivial constructor
    NonPOD() = default;
    NonPOD(float x) : x_(x) {}
    // Remove non-trivial copy constructor
    //NonPOD(const NonPOD& other) : x_(other.x_) {}

    float  x() const { return x_; }
    float& x()       { return x_; }
};

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << std::is_trivially_copyable<NonPOD>::value << std::endl;
    std::cout << std::is_standard_layout<NonPOD>::value << std::endl;
    std::cout << std::is_trivial<NonPOD>::value << std::endl;
    std::cout << std::is_pod<NonPOD>::value << std::endl;
}

Output 是：

true
true
true
true