47 | 生存还是灭亡：浅论对象的生存期
吴咏炜
你好，我是吴咏炜。
最近看到了一些实际的代码问题，让我觉得有必要来聊聊对象的生存期：一个对象是从什么时候开始被视作已经“存在”，到什么时候被视作已经“消亡”？
一个问题
我把我看到的问题简化和归纳一下。设有以下类：
然后，使用它的地方大致是这样子：
你看出问题在哪里了吗？
事实上，按照 C++ 标准的规定，以上代码具有未定义行为。原因是，代码里在 Obj 对象的生存期之外使用该对象了——Obj 对象根本还没“创建”出来呢。
普通对象的生存期
C++ 里的对象并不在程序运行期间一直存在。它们只在某段特定时间里在某个内存位置存在，这就是对象的生存期。生存期有开始，也有结束。
上面的 Obj 是“普通”类，具有构造函数、析构函数和访问控制。对于这样的对象，C++ 里规定，它的生存期从构造函数被调用开始，到析构函数被调用结束。
如果声明一个对象类型的变量（如 Obj obj;），显然对象的生存期不需要我们手工管理。而对于具有动态生存期的对象（它们的存储期和生存期可以分离），我们就需要对生存期予以特别关注。在最通常的用法里，new Obj() 会分配内存并调用构造函数（开始对象的生存期），delete ptr 则会调用析构函数（结束对象的生存期）并释放内存。但是，我们使用 ptr->~Obj() 提前结束对象的生存期、不释放内存也是可以的。事实上，在实现 vector 这样的容器时，我们就需要分离对象的生存期和存储期，以便重复利用对象所占用的内存。反过来，如果一个对象的析构函数是平凡的——析构动作不实际执行任何代码——那调用析构函数也并不必要。在这种情况下，当这个对象占用的内存被释放（或者内存被其他对象占用）时，这个对象的生存期也自然结束。
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1. C++对象的生存期从构造函数被调用开始，到析构函数被调用结束，对于动态生存期的对象，需要特别关注其生存期和存储期的分离。 2. 遵守C++规则能够获得更健壮的代码，而跳过构造函数可能导致对象的基类和数据成员未被正确初始化，引发实际的紊乱或崩溃。 3. 正确开始对象生存期的方式包括使用正常的对象创建方式，如直接定义变量、使用new表达式，以及使用布置new（placement new）来分配特殊存储空间。 4. 对象的生存期和存储期的分离是为了充分优化编译器的空间，避免未定义行为，确保代码的健壮性。 5. C++23标准引入了`start_lifetime_as`和`start_lifetime_as_array`函数模板，用于指定内存区域的隐式生存期对象或数组，并返回指向该对象或数组的指针。 6. 可平凡复制的对象需要确保能够安全地使用 `memcpy` 或 `memmove` 来复制对象，这是一个比 POD 更弱的要求。 7. 可平凡复制的类型不一定是 POD，而可平凡复制是一个比 POD 更弱的要求。 8. 在C++20之前，可以使用特定的代码来模拟实现`bit_cast`，用于将对象解释成另一种类型，并返回新对象。 9. 使用 `reinterpret_cast` 或 C 风格转型来对指针进行转换是不太安全的，违反了严格别名规则，具有未定义行为。 10. 在 C 的世界里，使用联合体来进行类型双关（type punning）是安全的，但在 C++ 中可能存在未定义行为。
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