如何在C ++中创建具有动态对齐要求的对象？

Question

在C ++中分配和使用具有动态指定对齐方式的缓冲区的正确方法是什么？我想到的用例是Vulkan动态统一缓冲区（请参见this previous question，该缓冲区抽象地讨论了所需的过程），针对对齐的约束是通过minUniformBufferOffsetAlignment的VkPhysicalDeviceLimits属性给出的，在编译时已知。

我最初以为我可以使用operator new(std::align_val_t)做类似的事情

Foo* buffer = new(std::align_val_t{alignment}) Foo[n];

但是不会编译（至少在MSVC上）。

[我也看过Timur Doumler的CppCon演示文稿“ Type punning in modern C++”，它指出，对reinterpret_cast之类的结果使用std::aligned_alloc会导致不确定的行为。

到目前为止，我已经提出了以下内容：

std::size_t n = getNumberOfElements(); // possibly not known at compile time
std::size_t alignment = getRequiredAlignment(); // not known at compile time

makeSureMultiplicationDoesNotOverflow(sizeof(Foo), n); // details irrelevant

void* storage = std::aligned_alloc(sizeof(Foo) * n, alignment); // _aligned_malloc on MSVC
if (!storage) { std::terminate(); }
Foo* buffer = new(storage) Foo[n];

// do stuff with buffer

for(std::size_t i = 0; i < n; ++i) { buffer[i].~Foo(); }
std::free(storage); // _aligned_free on MSVC

我在这里错过了会导致不确定行为的东西吗？

编辑：我注意到上面没有将对齐方式应用到第一个对象以外的任何对象，因此绝对是个难题...

Answer 1

[Foo[n]是一个可变长度数组，它们是not part of standard C++。

您可以在不使用VLA的情况下执行以下操作：

auto storage = static_cast<Foo*>(std::aligned_alloc(n * sizeof(Foo), alignment));
std::uninitialized_default_construct_n(storage, n);
auto ptr = std::launder(storage);

// use ptr to refer to Foo objects

std::destroy_n(storage, n);
free(storage);

将std::aligned_alloc返回的指针投射到Foo*不是未定义的行为。如果您试图在std::aligned_alloc创建std::uninitialized_default_construct_n对象之前的Foo之后立即取消引用，则它将是UB。
编辑。
上面的代码是技术上未定义的行为。但是似乎在C ++中，没有UB的情况下没有100％符合标准的方式进行这种分配。从实际的角度来看，此代码是可靠且安全的。 std::launder(storage)可能应该用于通过Foo指针访问storage对象。
请参见this question以获取详细信息和讨论。

Answer 2

您已经有了更好的选择的答案，但是我只想补充一下，您的代码具有未定义的行为。

new的数组形式，即使您正在使用的新放置形式，也允许使用分配中未指定的内存量来存储运行时的元数据（例如，delete[]的分配大小知道需要销毁多少元素。

因此，您无法保证分配的内存大小足够，也不能保证由new-place返回的数组的实际指针正确对齐。

据我从当前的草案中可以看出，这在C ++ 20中似乎有所改变，这使数组放置的这种特殊用法表现得很好，但是在C ++ 17或更高版本中并不需要如此较早。