std::stringを含む構造体のコピーについて

Question

C++17環境による開発です。
std::stringを含む構造体をコピーするコードとして下記を考えました。

struct Hoge{
  int a;
  std::string b;
};

int main()
{
  Hoge dist{}; // コピー先
  {
    Hoge src{};
    src.a = 1;
    src.b = "hogehoge";

    // コピー
    std::memcpy(&dist, &src, sizeof(Hoge));
  }

　// 結果出力
  std::cout << dist.a << std::endl;
  std::cout << dist.b << std::endl;
}

実行した結果は、

1
hogehoge

となり、期待している結果です。
しかし、std::memcpyによるstd::stringを含む構造体のコピーは、コピー元が破棄された際に、コピー先の内容が不定となる危険性があるのではないかと考えています。

上記のようなstd::stringを含む構造体をstd::memcpyでコピーして問題ないのでしょうか？
不可だった場合、どのような解決策が考えられるでしょうか。
すぐに思いつく形としては、構造体Hogeにoperator=の演算子オーバーロードを追加し、メンバをひとつひとつコピーしていく形です。

Answer 1

言語仕様上の規則では trivially copyable の条件が満たされる型である場合に限ってバイト列のコピーがオブジェクトのコピーと同等であるということが保証されます。 逆に言えば条件が満たされないときは保証されません。

trivially copyable の条件はややこしいですし規格改定のたびに少しづつ変更されている部分がありますが、型を判定するためのメタ関数として std::is_trivially_copyable が用意されているのでこれを使えば判定は簡単です。 質問中のコードにおける Hoge について判定してみれば、結果は偽になることがわかります。

#include <string>
#include <iostream>
#include <type_traits>

struct Hoge{
  int a;
  std::string b;
};

int main()
{
  std::cout << std::is_trivially_copyable<Hoge>::value << std::endl;
}

この場合は Hoge 型のオブジェクトを std::memcpy でコピーすることは言語仕様上の保証がないのですべきではありません。

そして型が trivially copyable の条件を満たすときは代入演算子でコピーすることと std::memcpy でコピーすることが同じなのであえて std::memcpy を使う意味がありません。

Comments

[tappe]

trivially copyable の条件を満たしていない場合、std::memoryによるコピーに問題があるということは理解できました。
今回のHogeの構造の場合は、代入演算子によるコピーは問題ないという解釈でよろしいでしょうか。

[SaitoAtsushi]

はい。
暗黙的に生成される代入演算子は全てのサブオブジェクト (基底とデータメンバ) について代入したかのように振る舞います。
https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n3337/class.copy#28
つまり、この場合は Hoge の代入演算子はメンバ b をコピーするにあたって std::string の operator= を呼出す形でコピーします。

[tappe]

わかりやすい、ご回答ありがとうございます。
代入演算子で実装することにします。

Answer 2

危険性があるのではないか

全くその通りだと思います．ダメでしょう．
（そのように考えているのに memcpy を持ち出すに至った理由が想像つきません）

---

構造体Hogeにoperator=の演算子オーバーロードを追加し…

operator=の実装で何か特殊な処理をしないのであれば，
dist = src;
で終了する話ではないのでしょうか．

Comments

[tappe]

やはりmemcpyを使うべきではないのですね。
質問対する的確な回答をいただいたのでベストアンサーとさせていただきます。

[fana]

std::stringのインスタンスが管理しているであろう「現在確保しているメモリの場所を示す情報や，そのメモリ領域を解放するための情報」が
まるまるそのままコピーされてしまったらまずい：

大元のインスタンスと，（そのメモリイメージがそっくりそのままコピーされちゃった）もう１つのインスタンス
のどちらか一方が「現在のメモリを解放」したらもう，他方が正当に動作できなくなる

…だろうな，ってのは容易に想像が付く．

Answer 3

すぐに思いつく形としては、構造体Hogeにoperator=の演算子オーバーロードを追加し、メンバをひとつひとつコピーしていく形です。

そのような代入演算は、（あえて削除、あるいは別な実装を行わない限り）デフォルトで存在します。

Comments

[tappe]

私の今回のケースでは、デフォルト代入演算で問題ありませんでした。
ご回答ありがとうございました。

Answer 4

std::memcpyによるstd::stringを含む構造体のコピーは、コピー元が破棄された際に、コピー先の内容が不定となる危険性があるのではないかと考えています。

検証すりゃえぇやん。

#include <iostream>
#include <string>

struct Hoge{
  int a;
  std::string b;
};

int main()
{
  Hoge dist{}; // コピー先
  {
    Hoge* src= new Hoge();
    src->a = 1;
    src->b = "hogehoge";

    // コピー
    dist = *src;
    // 廃棄
    delete src;
  }
  std::cout << dist.a << std::endl;
  std::cout << dist.b << std::endl;

  Hoge src;
  src.a = 1;
  src.b = "HOGEHOGE";
  // コピー
  dist = src;
  // コピー元の書き換え
  src.b = "PAYOPAYO";

  // 結果出力
  std::cout << dist.a << std::endl;
  std::cout << dist.b << std::endl;
}

問題ないよ♪

[追記] memcpyやっちゃダメ、deep-copyせにゃならんから。

Comments

[fana]

> std::memcpyによるstd::stringを含む構造体のコピー

の話ですから，

> // コピー
> dist = *src;

という回答では，質問と全く違う話になりませんか？

[episteme]

あー...
「std::memcpyによるstd::stringを含む構造体のコピーは、コピー元が破棄された際に、コピー先の内容が不定となる危険性があるのではないかと考えています。」
に対し、
「いやmemcpyなんかせんでもフツーに代入コピーで構わんよ」
と答えたかったです。

# 甘んじて低評価受ける所存。首洗って待ってますwww

[fana]

指摘した者の責務として低評価を投じさせていただきましたぞ．

（自分がC++の勉強に使った本の監修者に低評価を入れる日がくるとは）