C++11类型擦除实现是否安全？是否存在未定义行为？

问题描述 #

我基于C++11实现了一个类似std::any的类型擦除类，测试运行正常，但担心存在未定义行为（UB）。尤其关注Any::get()的实现，以及该类与多态类型的交互（子类地址可能与父类不一致）。请问该实现是否安全？

实现代码 #

#include <typeinfo>
#include <memory>

class Any {
private:
    template <typename T>
    class TypeSelector {};
    
    const std::type_info &m_type;
    std::unique_ptr<void, void(*)(const void *)&> m_value;

    template <typename T, typename... Args>
    Any(TypeSelector<T>, Args &&... args) :
        m_type(
            typeid(T)
        ),
        m_value(
            std::unique_ptr<void, void(*)(const void *)&> {
                new T (
                    std::forward<Args>(args)...
                ),
                [](const void *ptr) {
                    const T *self = static_cast<const T *>(ptr);
                    delete self;
                }
            }
        )
    {}

public:
    Any(Any &&) = default;

    template <typename T, typename... Args>
    static Any make(Args &&... args) {
        return Any(TypeSelector<T> {}, std::forward<Args>(args)...);
    }

    template <typename T>
    T *get() {
        if (m_type == typeid(T)) {
            return static_cast<T *>(m_value.get());
        } else {
            return nullptr;
        }
    }
};

使用示例 #

#include <string>
#include <iostream>

template <typename T>
void print(const T *value) {
    if (value) {
        std::cout << *value << '\n';
    } else {
        std::cout << "nullptr" << '\n';
    }
}

int main() {
    Any str = Any::make<std::string>("Hello there");
    Any num = Any::make<int>(54);

    print(str.get<std::string>()); // Hello there
    print(str.get<int>()); // nullptr

    print(num.get<std::string>()); // nullptr
    print(num.get<int>()); // 54

    return 0;
}

安全性分析 #

核心实现的安全性 #

1. Any::get()的类型转换
   该方法仅在typeid(T)与存储对象的静态类型完全匹配时，才会将void*转换为T*。根据C++标准，当void*直接来源于T*的转换时，反向的static_cast<T*>是完全安全的，不存在未定义行为。
   对于多态类型，由于typeid比较的是构造时指定的T的静态类型：如果存储子类对象但构造时指定父类类型（会触发对象切片），get<父类>会成功，get<子类>返回nullptr；如果构造时指定子类类型，get<父类>返回nullptr——这与std::any的行为一致，不会出现地址转换错误的风险。

2. 内存管理的正确性
   存储对象的销毁由绑定到unique_ptr的lambda完成：lambda捕获了构造时的T类型，将const void*转换为const T*后执行delete。C++允许删除const限定的对象指针，且由于new创建的对象类型就是T，delete操作完全匹配，不存在类型不匹配导致的UB。

存在的功能缺失（非UB，但需注意） #

• 不支持拷贝：类仅默认了移动构造函数，由于unique_ptr不可拷贝，默认拷贝构造函数被删除，因此Any对象只能移动，无法拷贝。
• 缺少const版本的get()：当前get()只能在非const的Any对象上调用，无法操作const对象，不符合const正确性原则。
• 无错误处理机制：若用户尝试通过get()获取不匹配类型的指针，仅返回nullptr，没有类似std::bad_any_cast的异常抛出机制（这是设计选择，而非UB）。

结论 #

该实现的核心逻辑是安全的，不存在未定义行为。在类型完全匹配的场景下可以可靠工作，多态类型交互时也不会出现地址转换错误的问题。但存在若干功能缺失，可根据需求补充完善。

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