VisualStudioのstd::allocate_sharedを使用すると型のアライメント要求が小さくなる

問題

VisualStudio2015でstd::allocate_sharedを使用した時に、型のアライメント要求が指定より小さくなる問題が発生した。型のアライメント要求は16であった。

原因

ライブラリ内部で定義されるstd::aligned_union<1, T>のアライメント要求が、Tのアライメント要求と異なるのが原因であった。

解決方法

この問題を、std::allocatorをカスタマイズしてrebind前の型の情報を保存しておき、最もアライメント要求の大きい数値を選択する事で回避した。

以下は、確認用のコードである。
rebindされた時にTを可変引数テンプレートに保存している。

#include <memory>
#include <iostream>

template <class... Types>
void print()
{
    struct info
    {
        char const* name;
        size_t size;
        size_t align;
    };
    for (auto&& it : { info{typeid(Types).name(), sizeof(Types), alignof(Types)}... }) {
        std::cout << it.name << " size=" << it.size << " align=" << it.align << std::endl;
    }
}

template <class T, class... Binds>
struct my_allocator : std::allocator<T>
{
    template <class U>
    struct rebind
    {
        using other = my_allocator<U, Binds..., T>;
    };
    my_allocator() = default;
    
    template <class U, class... Any>
    my_allocator(my_allocator<U, Any...> const&) {}
    
    template <class... Args>
    auto allocate(Args&&... args) {
        print<Binds..., T>();
        return std::allocator<T>::allocate(std::forward<Args>(args)...);
    }
};

int main() {
    struct alignas(16) X {};
    auto x = std::allocate_shared<X>(my_allocator<X>());
}

確認

上記コードをclangでコンパイルして実行すると以下の出力を得る

Z4mainE1X size=16 align=16
NSt3__120__shared_ptr_emplaceIZ4mainE1X12my_allocatorIS1_JEEEE size=48 align=16

Xのアライメント要求は16で、rebind後のTのアライメント要求も16である事が判る。
一方、VisualStudio2015でコンパイルして実行すると以下の出力を得る

struct `int __cdecl main(void)'::`2'::X size=16 align=16
class std::_Ref_count_obj_alloc<struct `int __cdecl main(void)'::`2'::X,struct my_allocator<struct `int __cdecl main(void)'::`2'::X> > size=32 align=8

VisualStudio2015では、Xのアライメント要求16に対して、rebind後のTのアラインメント要求は8である事が判る。よってTのアライメント要求でストレージを確保すると、オブジェクトが期待したアドレスに配置されない場合がある。

なお、VisualStudio2017でも同様の出力である。

struct `int __cdecl main(void)'::`2'::X size=16 align=16
class std::_Ref_count_obj_alloc<struct `int __cdecl main(void)'::`2'::X,struct my_allocator<struct `int __cdecl main(void)'::`2'::X> > size=32 align=8

結論

VisualStudioでstd::allocate_sharedを使用する場合はアライメントに注意した方が良い。