placement new存储区类型限制及相关代码合法性技术问询

问题1：存储提供者是否必须为char、unsigned char或std::byte类型，还是可以为任意类型？ #

不是必须限定为这三种类型，但char、unsigned char、std::byte是最安全的选择。

C++标准允许使用其他类型的数组作为对象的存储载体，但需要满足以下条件：

• 存储的总字节数至少能容纳目标类型T的对象；
• 存储的对齐要求不低于T的对齐要求；
• 如果存储的原类型是非平凡类型，需要先结束原对象的生存期（比如显式调用析构函数）；
• 原类型的存储不能包含陷阱表示（即任何位模式都是合法值）。

而char、unsigned char、std::byte的特殊之处在于：它们没有陷阱表示，且允许隐式结束其生存期以容纳新对象，因此作为存储提供者时不需要额外处理这些边界情况。

问题2：以下C++代码是定义良好行为（well-defined）还是未定义行为（UB）？ #

alignas(alignof(T)) char buffer[sizeof(T)];

auto* p = new(buffer) T;
    
// use p
p->~T(); // destroy at end

这段代码是定义良好的。

理由如下：

• char数组的大小sizeof(T)足够容纳T类型的对象；
• alignas(alignof(T))确保了数组的对齐要求满足T的对齐需求；
• placement new的使用符合规范，正确在buffer的存储上构造了T对象；
• 最后显式调用了T的析构函数，正确结束了对象的生存期。

整个流程完全符合C++标准对对象生存期管理的要求，没有未定义行为。

问题3：上述代码中的buffer是否必须为char、unsigned char或std::byte类型，还是可以为int这类任意类型？ #

alignas(alignof(T)) int buffer[sizeof(T)/(sizeof(*buffer) + ((sizeof(T)%sizeof(*buffer)!=0)];

注：原代码的数组大小表达式存在语法错误，正确的写法应为sizeof(T)/sizeof(*buffer) + (sizeof(T)%sizeof(*buffer) != 0 ? 1 : 0)，确保总字节数至少等于sizeof(T)。

可以使用int这类类型作为存储，但需要满足几个关键条件：

1. 存储大小足够：数组的总字节数（数组长度 × sizeof(int)）必须大于等于sizeof(T)；
2. 对齐要求满足：通过alignas(alignof(T))确保数组的对齐不低于T的对齐需求；
3. 原对象生存期处理：int是平凡类型，当用placement new在其存储上创建T对象时，原int对象的生存期会自动结束。如果使用的是非平凡类型的数组，则需要先显式调用原对象的析构函数；
4. 无陷阱表示：所用类型（如int）在目标平台上不存在陷阱表示（即所有位模式都是合法的对象值）。

不过相比之下，char、unsigned char、std::byte仍然是更稳妥的选择：它们没有陷阱表示，且不需要考虑原对象生存期的额外处理，代码的可移植性和安全性更高。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user24551355