c++ - 严格的别名规则

Question

我正在阅读有关 reinterpret_cast 及其别名规则 ( http://en.cppreference.com/w/cpp/language/reinterpret_cast ) 的注释。

我写了这段代码:

struct A
{
  int t;
};

char *buf = new char[sizeof(A)];

A *ptr = reinterpret_cast<A*>(buf);
ptr->t = 1;

A *ptr2 = reinterpret_cast<A*>(buf);
cout << ptr2->t;

我认为这些规则在这里不适用:

• T2 是对象的(可能是 cv 限定的)动态类型
• T2 和 T1 都是(可能是多级的，可能在每一级都是 cv 限定的)指向同一类型 T3 (C++11 起)的指针
• T2 是聚合类型或 union 类型，将上述类型之一作为元素或非静态成员(递归地包括子聚合的元素和包含的 union 的非静态数据成员):这使得它从结构的第一个成员和 union 的元素转换为包含它的结构/union 是安全的。
• T2 是对象动态类型的(可能是 cv 限定的)有符号或无符号变体
• T2 是对象动态类型的(可能是 cv 限定的)基类
• T2 为 char 或 unsigned char

在我看来这段代码是不正确的。我对吗？代码是否正确？

另一方面，connect 函数 (man 2 connect) 和 struct sockaddr 呢？

   int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
               socklen_t addrlen);

例如。我们有 struct sockaddr_in 并且我们必须将它转换为 struct sockaddr。上述规则也不适用，所以这个转换不正确吗？

Answer 1

是的，它是无效的，但不是因为您要将 char* 转换为 A*:这是因为您没有获得 A* 实际上指向 A* 并且正如您所确定的那样，没有任何类型别名选项适合。

你需要这样的东西:

#include <new>
#include <iostream>

struct A
{
  int t;
};

char *buf = new char[sizeof(A)];

A* ptr = new (buf) A;
ptr->t = 1;

// Also valid, because points to an actual constructed A!
A *ptr2 = reinterpret_cast<A*>(buf);
std::cout << ptr2->t;

现在类型别名根本不涉及(尽管继续阅读，因为还有更多工作要做!)。

• ( live demo with -Wstrict-aliasing=2 )

实际上，这还不够。我们还必须考虑对齐。尽管上面的代码可能看起来有效，但为了完全安全等等，您需要将 placement-new 放入正确对齐的存储区域，而不仅仅是一个随意的 chars.

标准库(自 C++11 起)为我们提供了 std::aligned_storage 来执行此操作:

using Storage = std::aligned_storage<sizeof(A), alignof(A)>::type;
auto* buf = new Storage;

或者，如果您不需要动态分配它，只需:

Storage data;

然后，做你的 placement-new:

new (buf) A();
// or: new(&data) A();

并使用它:

auto ptr = reinterpret_cast<A*>(buf);
// or: auto ptr = reinterpret_cast<A*>(&data);

它看起来像这样:

#include <iostream>
#include <new>
#include <type_traits>

struct A
{
  int t;
};

int main()
{
    using Storage = std::aligned_storage<sizeof(A), alignof(A)>::type;

    auto* buf = new Storage;
    A* ptr = new(buf) A();

    ptr->t = 1;

    // Also valid, because points to an actual constructed A!
    A* ptr2 = reinterpret_cast<A*>(buf);
    std::cout << ptr2->t;
}

( live demo )

即便如此，从 C++17 开始，这还是有点复杂；见the relevant cppreference pages了解更多信息并关注 std::launder。

当然，这整件事看起来是做作的，因为您只需要一个 A，因此不需要数组形式；事实上，您只需首先创建一个沼泽标准的A。但是，假设 buf 在现实中实际上更大并且您正在创建分配器或类似的东西，这是有道理的。