Расширение временного срока службы, работает с агрегатным блоком, но не через `new`; Зачем?

_{Примечание. Этот вопрос изначально был задан как комментарий Ryan Haining на этот ответ.}

struct A { std::string const& ref; };

// (1)

A a { "hello world" };              // temporary lifetime is extended to that of `a`
std::cout << a.ref << std::endl;    // safe

// (2)

A * ptr = new A { "hello world" };  // lifetime of temporary not extended?
std::cout << ptr->ref << std::endl; // UB: dangling reference

Вопрос

Почему время жизни временного расширения в (1), но не в (2)?

Ответ 1

^{LONG STORY, SHORT

Компилятор не может продлить время жизни временного объекта new A { "temporary " }, поскольку созданный A и временный, имеет разные сроки хранения.

Подтверждение того, что говорит Стандарт, можно найти в конце этого сообщения. В Стандарте явно говорится, что срок жизни не будет расширен, но он не вдавается в подробности, почему это так.

Этот пост попробует объяснить причину таким образом, который понятен для более широкой аудитории, а не только в среднем language-lawyer.}

Введение

В С++ существует несколько типов различных длительностей хранения, которые могут иметь объекты, в том числе продолжительность автоматического и динамического хранения, которые кратко описаны ниже:

Время автоматического хранения

Хранилище для объекта с автоматической продолжительностью хранения будет сохраняться до тех пор, пока не завершится создание блока, в котором они созданы.

Объекты, объявленные в области блока, имеют автоматическую продолжительность хранения (если они не объявлены static или extern, но не register).
Временные ряды по определению объявляются в блочной области, поэтому они также имеют автоматическую продолжительность хранения.

Динамическое время хранения

Хранилище для объекта с динамической продолжительностью хранения будет сохраняться до тех пор, пока не будет указано, что он должен быть выпущен; Другими словами, такое хранилище не связано с какой-либо конкретной областью.

Объекты, созданные динамически через operator new, имеют, как указано, динамическую продолжительность хранения.

Хранилище будет сохраняться до тех пор, пока не будет выполнен соответствующий вызов operator delete.

Агрегатная инициализация с автоматическим временем хранения

Как указано в предыдущем разделе, временная автоматизированная продолжительность хранения.

Если мы построим агрегат с автоматической продолжительностью хранения, это тоже будет иметь привязанность к текущей области; это означает, что время жизни временного объекта может быть легко расширено, чтобы соответствовать сумме совокупности.

_{Примечание. Мы можем представить, что они живут в одной и той же "коробке", и в конце области действия мы отбрасываем эту коробку, что прекрасно; ни временная, ни совокупность не переживут время жизни коробки.}

Наша реализация (A)

struct A { std::string const& ref; };

void func () {
  A x { {"hello world"} };
}

За кулисами (A)

Поскольку и x, и временные, имеют автоматическую продолжительность хранения, компилятор может реализовать эту функцию как следующий, семантически эквивалентный, фрагмент:

void  __func () {
  std::string __unnamed_temporary { "hello world" };
  A x { __unnamed_temporary };
}

_{Примечание: и временное, и агрегатное время жизни привязаны к текущей области, awesome!}

Агрегатная инициализация с динамической продолжительностью хранения

Наша реализация (B)

A* gunc () {
  A *    ptr = new A { { "hello world" } };
  return ptr;
}

int main () {
  A * p = gunc ();

  std::cout << p->ref << std::endl; // DANGER, WILL ROBINSON!

  delete p;
}

В предыдущих разделах было указано, что временные файлы имеют автоматическую продолжительность хранения, что означает, что наш временный, привязанный к A::ref, будет построен на хранилище, которое находится в текущей области.

За сценой (B)

Семантическая эквивалентность gunc может выглядеть как реализация ниже:

A* gunc () {
  A __unnamed_temporary { "hello world " };

  A * ptr = new A { __unnamed_temporary }; // (1)

  return ptr;
}

Вы тоже это думаете, не так ли?

Мы больше не можем продлить время жизни нашего временного, чтобы соответствовать времени A, созданному с динамической продолжительностью хранения, в (1).

Проблема заключается в том, что автоматическое хранилище для __unnamed_temporary исчезнет, как только мы вернемся из gunc, эффективно убив наш временный.

Динамически созданный A, тем не менее, останется живым, оставив нас с обвисшей ссылкой в main.

Заключение

Компилятор не может продлить время жизни любых временных объектов, связанных с созданием объекта через новый-инициализатор, потому что новый объект и временные файлы будут иметь разную продолжительность хранения.

Что означает стандарт (n3797)?

12.2p5 Временные объекты [class.temporary]

Временная привязка ссылки или временный объект, являющийся полным объектом подобъекта, к которому привязана ссылка, сохраняется для времени жизни ссылки, за исключением:

...



Временная привязка к ссылке в new-initializer (5.3.4) сохраняется до завершения полного выражения, содержащего новый-инициализатор.

[Примечание. Это может привести к обманутой ссылке, и в этом случае рекомендуется внедрить предупреждение. - конец примечания]