is_pointer_interconvertible_base_of_v<B, D> が真となる理由の説明見直し

[k-satoda]

@yohhoy (CC: @nilgawa) is_pointer_interconvertible_base_of.md より:

struct B { int m; };
struct D : B {};

int main()
{
  // スタンダードレイアウト派生クラスDは非静的データメンバをもたず、
  // スタンダードレイアウト基底クラスBから曖昧さなく派生しているため、
  // 基底クラスBと派生クラスDはポインタ相互交換可能である。
  static_assert(std::is_pointer_interconvertible_base_of_v<B, D>);

@yohhoy ここの「クラスDは非静的データメンバをもたず」は正しくないように思います。
https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4659/class.derived#2 より:

... Unless redeclared in the derived class, members of a base class are also considered to be members of the derived class. ...

↑によれば、 D は非静的データメンバ m を持つものとみなされます。

同記事内に挙げられたポインタ相互変換可能の条件「同オブジェクトが非静的データメンバを持たなければ同オブジェクトの基底クラスサブオブジェクト」が
仮に「同オブジェクトが直接のメンバ (direct member) として非静的データメンバを持たなければ～」という意味であるとすると、
以下のような場合に D2 に対して B2 もポインタ相互交換可能な基底クラスとなってしまいそうですが、 D2 と B2 とは同じアドレスに配置できないためそうはいきません。

struct B1 { int m; };
struct B2 {};
struct D2 : B1, B2 {};

記事中の D 型オブジェクトとその中の B 型の基底クラスサブオブジェクトとがポインタ相互交換可能となるのは、
それぞれが最初の非静的データメンバ m （に対応するメンバサブオブジェクト）とポインタ相互交換可能であるから、
ということになるかと思うんですが、・・・わかりやすい説明をひねり出すのがちょっと難しそうなので
一旦 issue として挙げさせてもらいます。意見・修正案などもらえると助かります。

[k-satoda]

すいません。タイトル編集中に Enter 押して投稿しちゃいました。

そして「D2 と B2 とは同じアドレスに配置できない」を https://wandbox.org/permlink/TXzhIeQcQB1kBJF6 (Clang 10.0.0) で確認すると、
同じアドレスに配置されてしまったので、これは嘘であることがわかりました。
ただ、素朴な実装（僕が想定してた実装）では B2 は sizeof(B1) だけずれたアドレスに配置されることが考えられたりして、
やっぱりこれらがポインタ相互交換可能と規定されている（＝ Empty base optimization が強制されている）ことは無いんじゃないかと思ってはいます。
ここは引き続き考えてみます。

[k-satoda]

・・・ C++20 から standard-layout class では EBO 強制されそうな文面変更が入ってました。
cplusplus/draft@7327e8a#diff-1af4d71ef5ad926811860a77248c93e339ce46a030e6f123ad1f4661cc6e12fbR803-R806
でも元になった issue https://wg21.cmeerw.net/cwg/issue2254 は first non-static data member がビットフィールドであった場合を問題とするもので、
関係ない仕様変更が混ざってるように見える・・・。

この変更などから関連する規格文面の "non-static data members" が実際には "direct non-static data members" を意味している文面不備の可能性もありそうに見えてきて、
先に挙げた "members of a base class are also considered to be members of the derived class" も対象として規格文面確認・改善の話になっちゃうかも。

[k-satoda]

standard-layout class での EBO 強制は C++11 (n2342: POD's Revisited) から意図された変更として採択となっていました。
認識不足でした。
http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG21/docs/papers/2007/n2342.htm#ABI (via https://stackoverflow.com/a/10789707)

Allowing standard-layout classes to have base classes forces compilers to implement the empty base optimization for standard-layout classes ...

しかしそうなると今度は is_pointer_interconvertible_base_of_v<B, D> と
is_standard_layout_v<D> && is_base_of_v<B, D> との違いが見当たらず、 C++20 での追加が要らなかったように
見えてきてます・・・。

[k-satoda]

is_pointer_interconvertible_base_of_v<B, D> と is_standard_layout_v<D> && is_base_of_v<B, D> との違いを
考えていたら下記のような場合に is_pointer_interconvertible_base_of_v<B, D> が真となるべきかどうか、
規格からすっきり読み取れない感じになってきました。

struct B {};
struct D : B { int m; };

アドレスが同じになることまでは要求されていることや m さえなければ真になるというのも半端な気がしたことから、
規格文面がおかしい可能性もありそうだったので std-discussion に質問を投げてみました。
https://lists.isocpp.org/std-discussion/2020/12/0921.php

[yohhoy]

https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4659/class.derived#2 より:

... Unless redeclared in the derived class, members of a base class are also considered to be members of the derived class. ...

↑によれば、 D は非静的データメンバ m を持つものとみなされます。

なるほど... これまで non-static data member の定義を不正確に理解していたようです。指摘されるように、該当クラスで直接宣言されるメンバのみを想定していました。

しかしそうなると今度は is_pointer_interconvertible_base_of_v<B, D> と is_standard_layout_v<D> && is_base_of_v<B, D> との違いが見当たらず、 C++20 での追加が要らなかったように見えてきてます・・・。

現行文面からは e9564f2 の例示しかひねり出せず、こちらは同見解です。
固有の名前を付けることに意義があるのかな？と想定（というか自己説得）していました。

[yumetodo]

p0466の作者にメンションが飛んでる模様・・・？
https://lists.isocpp.org/std-discussion/2020/12/0922.php
(ところでメーリスの仕様がいまいちわからんのですがRichard Smith wroteってあるのにFrom: Kazutoshi Satodaってどういうことなんでしょ)

[k-satoda]

@yumetodo 僕がもらった返信への（僕からの）返信だけ ML 上で見えてる状態です。
std-discussion を CC に含めて返信してもらったようなんですが、おそらく ML 参加アドレス以外からの投稿は受け付けられない
設定になってるんだと思います。

[faithandbrave]

FYI : コンパイラ組み込み命令ですが、libstdc++には実装が入ったようです。
gcc-mirror/gcc@4fa6c0e#diff-a4bd2d247ac4822d33b3427337810e6b4e7b461f21c8e60223d242b87865db22