c++ - 在不同范围的结构之间转换

Question

我对在指向可能兼容的结构的指针之间进行转换很感兴趣。他们将使用相同的标签，以相同的顺序使用相同的成员。虽然目标代码库被编译为 C 或 C++，但为了简化这个问题，我想将其限制为仅限 C++。

在这种情况下，我确信编译器会合理地运行，但我找不到支持证据表明它需要这样做。

激励代码示例是:

#include <cstdio>

void foo(void * arg)
{
    struct example
    {
        int a;
        const char * b;
    };

    example * myarg = static_cast<example *>(arg);
    printf("meaning of %s is %d\n",myarg->b,myarg->a);
}

void bar(void)
{
    struct example
    {
        int a;
        const char * b;
    };

    example on_stack {42, "life"};
    foo(&on_stack);
}

int main(int,char**)
{
    bar();
}

我对 C++11 标准的运气不太好。关于类的第 9 节建议这些示例将是“布局兼容”的，这听起来令人鼓舞，但我找不到对结构“布局兼容”的后果的描述。特别是，我可以将一个指针转换为另一个指针而不会有任何后果吗？

一位同事认为“布局兼容”意味着 memcpy 将按预期工作。鉴于所讨论的结构也总是可以轻松复制，因此以下名义上效率低下的代码可能会避免 UB:

#include <cstdio>
#include <cstring>

void foo(void * arg)
{
    struct example
    {
        int a;
        const char * b;
    };

    example local;
    std::memcpy(&local, arg, sizeof(example));
    printf("meaning of %s is %d\n", local.b, local.a);
}

// bar and main as before

这样做的实际动机是当结构定义仅用于少数函数之间的通信时，它会超出全局范围。我很欣赏这是否是一个好主意值得商榷。

Answer 1

[basic.lval] 10.6 是否允许布局兼容类型之间的别名？不。有问题的部分指出:

an aggregate or union type that includes one of the aforementioned types among its elements or non-static data members (including, recursively, an element or non-static data member of a subaggregate or contained union)

回想一下，“上述类型”是实际类型T，T的动态类型，一种类似于动态类型的类型，一些const/volatile动态类型的限定版本，或动态类型的有符号/无符号版本。

现在，考虑这段代码:

struct T {int i;};
struct U {int i;};

T t;
U *pu = (U*)&t;
pu->i = 5;

现在，让我们从这个角度来看 10.6。 10.6 提出的问题是泛左值的类型 U 是否包含符合 10.1-10.5 条件的成员。可以？请记住，对象 t 的动态类型是 T。

• U 是否包含 T 类型的成员？没有。
• U 是否包含一个成员是 T 的 const/volatile 限定版本？没有。
• U 是否包含与 T 类型相似的成员？没有。
• U 是否包含一个成员是 T 的签名/未签名版本？没有。
• U是否包含一个成员，该成员是 T 的有符号/无符号版本的 const/volatile 限定版本？没有。

由于所有这些都失败了，因此允许编译器假设修改 pu 指向的对象将不会修改对象 t .

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仅供引用:

Anyway, memcopy and pointer aliasing is exactly the same, except for global struct alignment.

不，他们不是。琐碎的可复制性和布局兼容性的规则与别名的规则完全不同。

琐碎可复制性是关于复制对象的值表示的健全性以及这样的拷贝是否代表合法对象。布局兼容的规则是关于A的值表示是否与B兼容，这样A的值可以复制到一个B 类型的对象。

别名是关于是否可以同时通过指向 A 的指针/引用和指向 B 的指针/引用来访问对象。严格的别名规则规定，如果编译器看到 A& a 和 B& b，则允许编译器假定通过 a 进行的修改不会影响通过b引用的对象，反之亦然。 [basic.lval] 10 概述了不允许编译器假设的情况。