C++基类与[[no_unique_address]]成员的填充能否存储其他子对象？

规范层面的结论 #

非空的潜在重叠子对象在规范设计本意上是允许重叠的，你观察到的标准文本矛盾是提案落地时的笔误导致的。

• [dcl.attr.nouniqueaddr]的条款注释和引入该属性的P0840R2提案设计目标完全一致：被[[no_unique_address]]标记的非静态数据成员、默认属于潜在重叠类别的基类子对象，都允许复用自身尾部的填充字节作为其他子对象的存储空间，这个规则从来没有限定仅空类型适用。
• [intro.object]/10中“仅零大小子对象可与其他生命周期重叠的对象共享地址”的表述是文本疏漏：该条款的本意是禁止两个非嵌套对象的有效存储字节相交，而非禁止对象地址范围内的填充区域被其他子对象占用。以测试用例为例：struct A包含4字节int、2字节short成员，在常规32/64位平台对齐规则下尾部有2字节填充，这部分填充不属于A的有效存储，完全可以被后续仅含2字节short成员的struct B子对象使用，这种场景下两个子对象的有效存储完全不相交，仅A的尾部填充被复用，根本不违反“不同对象存储不相交”的核心规则。
• [basic.types.general]/2将所有潜在重叠子对象排除在平凡复制的字节拷贝范围外，恰恰印证了非空场景重叠的合法性：如果潜在重叠子对象的尾部填充可能被其他成员占用，直接按sizeof(T)长度复制子对象会覆盖填充区存储的其他成员数据，这个规则从设计之初就不是仅为空类优化准备的。

测试代码如下，三大编译器的运行结果确实符合观察：

struct A
{
    int x;
    short y;
};

struct B
{
    short b;
};

struct C : A, B {};

struct D
{
    [[no_unique_address]] A a;
    [[no_unique_address]] B b;
};

// 以下断言可通过，但预期大小应为`sizeof(int) * 2`
static_assert(sizeof(C) == sizeof(int) * 3);
static_assert(sizeof(D) == sizeof(int) * 3);

编译器实现现状与优化可行性 #

目前GCC、Clang、MSVC均未实现非空潜在重叠子对象的尾部填充复用优化，这属于编译器实现质量（QoI）范畴的缺失，不是标准禁止该行为。

• [[no_unique_address]]本身是优化许可标记，而非强制优化指令：标准从未要求编译器必须对标记了该属性的成员做地址重叠优化，哪怕是空类型成员，编译器也有权选择不做空类优化，更不用说实现复杂度更高的非空类型尾部填充复用。
• 不存在无需依赖编译器扩展就能强制编译器实现该优化的方法。如果需要压缩结构体大小，目前只能通过手动调整成员排列顺序、按对齐值从小到大排列成员的方式尽可能减少显式填充，没有标准层面的语法可以强制触发非空子对象的尾部填充复用。

目前C++标准委员会已经确认了[intro.object]/10的文本错误，后续的标准修订版本会修正相关表述，消除“仅零大小子对象允许重叠”的歧义。

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