c++ - 是否将指针移动到结构成员 UB 的后面？并访问它？

Question

看看这个片段:

struct S {
    float x, y, z;
};

void fn() {
    S s = { 0, 0, 0 };
    float *p = &s.x;
    p += 2;           // 1.
    if constexpr(sizeof(S)==sizeof(float)*3) { // if S has no padding
        float t = *p; // 2.
        s.z = 1;
        float z = *p; // 3.
    }
}

我的问题是:

1. p += 2; 是 UB 吗？ (即，p 已从 s.x 移出两个 个元素，因此它指向 &s.x+1 之外)
2. 这里，我们知道S没有padding，是float t = *p; UB吗？或者它是否定义良好，t 应该包含 s.z 的值？
3. 优化器能否优化对 float z = *p; 处的 p 的访问？我的意思是，z 可以为 0 吗？ (是否允许编译器看不到 p==&s.z？)

如果 if constexpr 不存在，那么 2. 和 3. 的答案是否不同，但我们知道(可能从编译器文档或以前的经验)，没有填充在S？

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如果 1. 是 UB(因此 2./3. 无意义)，那么 2./3. 的答案是什么，如果 p 设置如下 (p 在数组的帮助下移动，但除此之外，代码片段是相同的)？

union U {
    S s;
    float a[3];
};

void fn() {
    U u;
    u.s.x = 0; u.s.y = 0; u.s.z = 0;
    float *p = u.a;  // here, p==&u.s.x as well
    if constexpr(sizeof(S)==sizeof(float)*3) { // if S has no padding
        p += 2;
        float t = *p; // 2.
        u.s.z = 1;
        float z = *p; // 3.
    }
}

Answer 1

语句 p += 2 本身就是未定义的行为； p 是一个指向浮点对象的指针，它指向单个浮点对象(而不是这些浮点对象的数组)。虽然单个对象(就指针算术而言)被视为由一个元素组成的数组(例如，参见此在线标准草案的 5.7 (4))，但您将指针移到末尾两个位置。这个指针算术本身已经是 UB (参见 5.7 (5) )，无论您是否取消引用该指针。

请注意 - 即使您声明了 float 类型的三个连续成员，并且即使编译器没有在其间引入填充，第一个成员和完整的结构对象都不会成为数组就标准而言。即使我们想到的内存布局可能与我们喜欢访问它的情况“兼容”，编译器也不会强制允许/翻译包含我们想到的任何意义上的 UB 的语句。

所以直接回答你的问题:

由于指针算法无效，(1) 为 UB

(2) 由于访问无效指针而成为 UB

(3) 由于访问无效指针而成为 UB，因此任何有关编译器是否可以优化的问题都无法回答/没有意义。

关于union结构，在C++中(与C不同)，访问除先前编写的 union 体之外的 union 体成员又是UB。因此，编写 union 成员 s，然后再次访问 union 成员 a 会导致 UB(尽管现在由于不同的原因)。