c++ - std::launder 和严格的别名规则

Question

考虑这段代码:

void f(char * ptr)
{
    auto int_ptr = reinterpret_cast<int*>(ptr); // <---- line of interest 
    // use int_ptr ... 
}

void example_1()
{
    int i = 10;    
    f(reinterpret_cast<char*>(&i));
}

void example_2()
{
    alignas(alignof(int)) char storage[sizeof(int)];
    new (&storage) int;
    f(storage);
}

来自 example_1 的调用的兴趣行:

Q1:在调用方，char 指针是我们整数指针的别名。这是有效的。但是将其转换回 int 是否也有效？我们知道 int 在其生命周期内存在，但考虑到该函数是在另一个翻译单元中定义的(未启用链接时优化)并且上下文未知。然后所有编译器看到的是:int 指针想要别名 char 指针，这违反了严格的别名规则。那么允许吗？

Q2: 考虑到不允许。我们在 C++17 中得到了 std::launder。它是一种指针优化屏障，主要用于访问将 new 放置到其他类型对象的存储中的对象，或者当涉及 const 成员时。我们可以用它来给编译器一个提示并防止未定义的行为吗？

来自 example_2 的调用的兴趣线:

Q3:这里应该需要std::launder，因为这是Q2中描述的std::launder用例，对吧？

auto int_ptr = std::launder(reinterpret_cast<int*>(ptr));

但再考虑一下 f 是在另一个翻译单元中定义的。编译器如何知道发生在调用端的 new 位置？编译器(只看到函数 f)如何区分 example_1 和 example_2？或者以上只是假设，因为严格的别名规则只会排除所有内容(记住，char* 到 int* 不允许)并且编译器可以做它想做的事？

后续问题:

问题 4: 如果以上所有代码都由于别名规则而出错，请考虑将函数 f 更改为采用空指针:

void f(void* ptr)
{
    auto int_ptr = reinterpret_cast<int*>(ptr); 
    // use int_ptr ... 
}

那么我们就没有别名问题了，但是 example_2 仍然存在 std::launder 的情况。我们是否更改了调用端并将我们的 example_2 函数重写为:

void example_2()
{
    alignas(alignof(int)) char storage[sizeof(int)];
    new (&storage) int;
    f(std::launder(storage));
}

或者函数 f 中的 std::launder 是否足够？

Answer 1

严格别名规则是对实际用于访问对象的泛左值类型的限制。对于该规则而言，重要的是 a) 对象的实际类型，以及 b) 用于访问的泛左值的类型。

指针经过的中间转换是无关紧要的，只要它们保留指针值即可。 (这是双向的；就此而言，再多的巧妙转换或洗钱也无法解决严格的混叠违规问题。)

f 有效只要 ptr 实际上指向 int 类型的对象，假设它通过 访问该对象int_ptr 无需进一步转换。

example_1 写的是有效的； reinterpret_cast 不会更改指针值。

example_2 是无效的，因为它为 f 提供了一个指针，该指针实际上并不指向 int 对象(它指向 out- storage 数组的第一个元素)。参见 Is there a (semantic) difference between the return value of placement new and the casted value of its operand?