c++ - 类型双关主题的变体 : in-place trivial construction

Question

我知道这是一个非常常见的主题，但尽管典型的 UB 很容易找到，但到目前为止我还没有找到这个变体。

因此，我尝试正式引入 Pixel 对象，同时避免数据的实际拷贝。

这有效吗？

struct Pixel {
    uint8_t red;
    uint8_t green;
    uint8_t blue;
    uint8_t alpha;
};

static_assert(std::is_trivial_v<Pixel>);

Pixel* promote(std::byte* data, std::size_t count)
{
    Pixel * const result = reinterpret_cast<Pixel*>(data);
    while (count-- > 0) {
        new (data) Pixel{
            std::to_integer<uint8_t>(data[0]),
            std::to_integer<uint8_t>(data[1]),
            std::to_integer<uint8_t>(data[2]),
            std::to_integer<uint8_t>(data[3])
        };
        data += sizeof(Pixel);
    }
    return result; // throw in a std::launder? I believe it is not mandatory here.
}

预期的使用模式，大大简化:

std::byte * buffer = getSomeImageData();
auto pixels = promote(buffer, 800*600);
// manipulate pixel data

更具体地说:

• 此代码是否具有明确定义的行为？
• 如果是，使用返回的指针是否安全？
• 如果可以，可以扩展到哪些其他Pixel类型？ (放宽 is_trivial 限制？只有 3 个分量的像素？)。

clang 和 gcc 都将整个循环优化为虚无，这就是我想要的。现在，我想知道这是否违反了某些 C++ 规则。

Godbolt link如果你想玩玩它。

(注意:尽管 std::byte，但我没有标记 c++17，因为使用 char 仍然存在问题)

Answer 1

将promote的结果用作数组是未定义的行为。如果我们看 [expr.add]/4.2我们有

Otherwise, if P points to an array element i of an array object x with n elements ([dcl.array]), the expressions P + J and J + P (where J has the value j) point to the (possibly-hypothetical) array element i+j of x if 0≤i+j≤n and the expression P - J points to the (possibly-hypothetical) array element i−j of x if 0≤i−j≤n.

我们看到它需要指针实际指向一个数组对象。但实际上你并没有数组对象。您有一个指向单个 Pixel 的指针，而该像素恰好在连续内存中紧随其后有其他 Pixel。这意味着您实际可以访问的唯一元素是第一个元素。尝试访问其他任何内容将是未定义的行为，因为您已经超出了指针有效域的末尾。