调用placement new时内存填充是否重要？相关代码合法性分析

先看你给出的代码示例：

struct A {
  size_t x;  // 8 bytes
  int i;     // 4 bytes
};           // padding 4 bytes

struct B {
  size_t x;  // 8 bytes
  bool b;    // 1 byte
};           // padding 7 bytes

int main() {
  A a;
  auto p = new(&a) B;
  // auto p = new(std::launder(&a)) B;  // is a bit better
}

下面逐个解答你的问题：

1. 调用placement new时内存填充是否重要？ #

非常重要。填充字节的处理属于未定义行为，C++标准没有规定编译器如何处理这些字节。如果你的内存区域和其他有效对象存在重叠（比如你提到的两个A连续存储的场景），填充字节被修改的话会直接破坏相邻对象的数据，引发难以排查的bug。

2. 上述代码是否定义良好？ #

代码的构造操作基本合规，但有几个关键注意点：

• 当用new(&a) B在A对象的内存上构造B后，原A对象a的生命周期立即结束，之后绝对不能再访问a，只能通过指针p访问新构造的B对象。
• 注释里的std::launder确实更规范：原指针&a的静态类型是A*，而现在内存中实际是B对象，std::launder可以让指针正确关联到新的B对象，避免因类型不匹配导致的未定义行为。
• 前提是A和B的内存大小相同（这里64位系统下都是16字节），如果B的大小超过A，会直接触发非法的内存越界访问。

3. placement new会修改填充字节还是仅操作B的成员字节？ #

C++标准对此没有任何规定，属于未定义行为。不同编译器的实现差异很大：

• 部分编译器只会初始化B的成员对应的字节，填充字节保持原有状态；
• 部分编译器可能会把整个B占用的内存（包括填充部分）清零，或者填充调试用的占位值（比如0xcdcdcdcd）。

你绝对不能假设填充字节会保持不变，也不能依赖填充字节的任何值。回到你说的连续存储A的场景：如果第一个A的填充字节刚好覆盖第二个A的x成员，一旦placement new修改了这些填充字节，第二个A的x就会被破坏，这种情况完全取决于编译器实现，没有任何保障。

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