add forward

2026-06-09 13:14:18 +03:00 · 2024-12-03 16:47:27 +00:00
parent 7feb11d531
commit c14e748fb4
3 changed files with 127 additions and 1 deletions
@@ -85,6 +85,7 @@
   12. [std::ranges::transform | filter](standard_lib/transform_filter_ranges.md)
   13. [vector::reserve и vector::resize](standard_lib/vector_resize_reserve.md)
   14. [std::function](standard_lib/std_function_const.md)
+   15. [std::forward](standard_lib/forward.md)
 7. Исполнение программы
   1.  [Бесконечные циклы](runtime/endless_loop.md)
   2.  [Рекурсия](runtime/recursion.md)
@@ -14,7 +14,7 @@ In cooperation with [PVS-studio](https://pvs-studio.com/), I'm working on extend
 - [Part 7](https://pvs-studio.com/en/blog/posts/cpp/1174/)
 - [Part 8](https://pvs-studio.com/en/blog/posts/cpp/1178/)
 - [Part 9](https://pvs-studio.com/en/blog/posts/cpp/1182/)
- Part 10 -- comming soon
+- [Part 10](https://pvs-studio.com/en/blog/posts/cpp/1193/)
 - Part 11 -- comming soon

 -------
@@ -0,0 +1,125 @@
+# Как неправильно использовать std::forward
+
+Однажды я увидел код, который демонстрирует красоту и удобство concepts в C++20/23 и мощь шаблонов. Код их действительно демонстрировал. Давайте я его покажу.
+
+```C++
+template<uint32_t Rows, uint32_t Cols, typename F>
+struct Matrix {
+    F generator;
+    auto operator[](uint32_t r, uint32_t c) {
+        return generator(r, c);
+    }
+};
+
+// Make matrix via 2 args generator function
+template <uint32_t Rows, uint32_t Cols>
+auto MakeMatrix(std::invocable<uint32_t, uint32_t> auto&& fn) {
+    using F = std::remove_cvref_t<decltype(fn)>;
+    return Matrix<Rows, Cols, F>(std::forward<F>(fn));
+}
+```
+
+Красиво, неправда ли? Давайте его протестируем
+
+```C++
+int main() {
+    std::function<int(uint32_t, uint32_t)> generator = [](auto...) {
+        return 42;
+    };
+    auto m1 = MakeMatrix<3, 3>(generator);
+    std::cout << "m1[1,1]=" << m1[1,1] << std::endl;
+    auto m2 = MakeMatrix<2, 2>(generator);
+    std::cout << "m2[1,1]=" << m2[1,1] << std::endl;
+}
+```
+
+Вы могли бы подумать, что обе операции вывода успешно напечатают число 42...
+Но произойдет кое-что [неожиданное](https://godbolt.org/z/6TKEP1caE)!
+
+```
+Program returned: 139
+terminate called after throwing an instance of 'std::bad_function_call'
+  what():  bad_function_call
+Program terminated with signal: SIGSEGV
+m1[1,1]=42
+```
+
+```
+==1==ERROR: AddressSanitizer: SEGV on unknown address (pc 0x7a3c0ee28898 bp 0x7a3c0f01be90 sp 0x7ffe7360aa00 T0)
+==1==The signal is caused by a READ memory access.
+==1==Hint: this fault was caused by a dereference of a high value address (see register values below).  Disassemble the provided pc to learn which register was used.
+    #0 0x7a3c0ee28898 in abort (/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6+0x28898) (BuildId: 490fef8403240c91833978d494d39e537409b92e)
+    #1 0x7a3c0f3abbfc  (/opt/compiler-explorer/gcc-14.2.0/lib64/libstdc++.so.6+0xadbfc) (BuildId: 998334304023149e8c44e633d4a2c69800a2eb79)
+    #2 0x7a3c0f3bd169  (/opt/compiler-explorer/gcc-14.2.0/lib64/libstdc++.so.6+0xbf169) (BuildId: 998334304023149e8c44e633d4a2c69800a2eb79)
+    #3 0x7a3c0f3ab7a8 in std::terminate() (/opt/compiler-explorer/gcc-14.2.0/lib64/libstdc++.so.6+0xad7a8) (BuildId: 998334304023149e8c44e633d4a2c69800a2eb79)
+    #4 0x7a3c0f3bd3e6 in __cxa_throw (/opt/compiler-explorer/gcc-14.2.0/lib64/libstdc++.so.6+0xbf3e6) (BuildId: 998334304023149e8c44e633d4a2c69800a2eb79)
+    #5 0x7a3c0f3ae6c3 in std::__throw_bad_function_call() (/opt/compiler-explorer/gcc-14.2.0/lib64/libstdc++.so.6+0xb06c3) (BuildId: 998334304023149e8c44e633d4a2c69800a2eb79)
+    #6 0x401256 in std::function<int (unsigned int, unsigned int)>::operator()(unsigned int, unsigned int) const /opt/compiler-explorer/gcc-14.2.0/include/c++/14.2.0/bits/std_function.h:590
+    #7 0x401256 in Matrix<2u, 2u, std::function<int (unsigned int, unsigned int)> >::operator[](unsigned int, unsigned int) /app/example.cpp:12
+    #8 0x401256 in main /app/example.cpp:31
+```
+
+
+Все совершенно определенно и соответствует спецификации. `operator()` у `std::function` бросает исключение, если объект-функция оказался пустым... Да, если вы не знали, `std::function` это неявно nullable тип.
+Но какого черта объект оказался пустым?!
+
+Посмотрим еще раз на эти две прекрасные строчки
+
+```C++
+auto MakeMatrix(std::invocable<uint32_t, uint32_t> auto&& fn) {
+    using F = std::remove_cvref_t<decltype(fn)>;
+    return Matrix<Rows, Cols, F>(std::forward<F>(fn));
+}
+```
+Шаблон принимает на вход так называемую «универсальную» ссылку. И использует `std::forward` чтобы передать ее дальше «универсальным» способом: передай rvalue как rvalue, lvalue как lvalue.
+Вот только программист решил для красоты и читаемости сэкономить на буквах и использовал его неправильно.
+
+Тип-параметр у шаблона `std::forward` — обязателен и его нужно указать правильно. Им должен быть тип ссылки, который мы хотим сохранить и прокинуть далее.
+
+Но разработчик подсунул туда `using F = std::remove_cvref_t<decltype(fn)>;` То есть буквально отбросил ссылку.
+И если мы посмотрим на объявление `std::forward`
+
+```C++
+template< class T >
+constexpr T&& forward( typename std::remove_reference<T>::type& t ) noexcept;
+template< class T >
+constexpr T&& forward( typename std::remove_reference<T>::type&& t ) noexcept;
+```
+
+Станет понятно, что именно пошло не так: бессылочный `T` всегда превращается в `T&&` rvalue-ссылка! Вместо `std::forward` разработчик получил `std::move`. А мы получили use-after-move.
+
+Универсально корректное использование `std::forward` выглядит так:
+
+```C++
+std::forward<delctype(value)>(value)
+```
+
+Либо, конечно, можно использовать явный параметр шаблона
+
+```C++
+template <uint32_t Rows, uint32_t Cols, std::invocable<uint32_t, uint32_t> Gen>
+auto MakeMatrix(Gen&& fn) {
+    using F = std::remove_cvref_t<Gen>;
+    return Matrix<Rows, Cols, F>(std::forward<Gen>(fn));
+}
+```
+Но такой вариант не защищен от ошибок при рефакторинге.
+
+----
+Я не большой фанат макросов, но конкретно для этого случая крайне рекомендую завести макрос
+```C++
+#define FORWARD(x) ::std::forward<decltype(x)>(x)
+```
+И никогда больше не допускать ошибку.
+
+В C++23 в стандартную библиотеку добавили еще функцию `std::forward_like`, чтобы навешивать на ваш объект ссылку той же категории, как у другого объекта. Соответствущий макрос может выглядеть так
+
+```C++
+#define FORWARD_LIKE(target, value) ::std::forward_like<decltype(target)>(value)
+```
+
+
+## Полезные ссылки
+1. https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/forward
+2. https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/forward_like
+