c++ - 使用char类型的glvalue访问另一种类型的对象时是否不必导致UB

Question

int main(){
  int v = 1;
  char* ptr = reinterpret_cast<char*>(&v);
  char r = *ptr; //#1
}

在这段代码中，表达式 ptr 指向一个 int 类型的对象，如下所示:
expr.static.cast#13

Otherwise, the pointer value is unchanged by the conversion.

间接 ptr 将产生一个表示对象 ptr 指向的泛左值，根据
expr.unary#op-1

the result is an lvalue referring to the object or function to which the expression points.

根据
，使用允许类型的泛左值访问对象不会导致 UB basic.lval#11

If a program attempts to access ([defns.access]) the stored value of an object through a glvalue whose type is not similar ([conv.qual]) to one of the following types the behavior is undefined:

• a char, unsigned char, or std​::​byte type.

看来也没有违反以下规则:
expr#pre-4

If during the evaluation of an expression, the result is not mathematically defined or not in the range of representable values for its type, the behavior is undefined.

假设测试环境下char的宽度为8位，取值范围为[-128, 127]。 v 的值为 1。那么，这是否意味着 #1 处的代码段不会导致 UB？

作为对比，给出下面的例子

int main(){
  int v =  2147483647; // or any value greater than 127
  char* ptr = reinterpret_cast<char*>(&v);
  char r = *ptr; //#2
}

#2 是 UB，对吗？

Answer 1

这两个片段都是实现定义的语言的意图。我相信他们是，直到 C++17 打破了对该语言功能的支持。查看缺陷报告 here .据我所知，这在 C++20 中尚未修复。

目前，访问内存表示的可移植解决方法是使用 std::memcpy ( example ):

#include <cstring>

char foo(int v){
  return *reinterpret_cast<char*>(&v);
}

char bar(int v)
{
    char buffer[sizeof(v)];
    std::memcpy(buffer, &v, sizeof(v));
    return *buffer;
}

foo 在技术上是 UB 而 bar 定义明确。原因是 foo 是 UB 被遗漏了。根据定义，标准未定义的任何内容都是 UB，并且标准在其当前状态下无法定义此代码的行为。

bar 使用 gcc 10 生成与 foo 相同的程序集。对于简单的情况，实际拷贝被优化掉。

关于你的理性，除了在我看来，定义一元 operator* ( expr.static.cast#13 ) 的规则在这种情况下没有你期望的效果外，推理似乎是合理的。指针必须指向底层表示，如链接缺陷所描述的那样定义不当。指针值不变的事实并不能减轻它指向不同对象的事实。如果对象的类型不同，C++ 允许对象具有相同的地址，例如标准布局类中的第一个成员与所属实例共享相同的地址。

请注意，作者是缺陷报告，就片段 #1 得出了与您相同的结论，但我不同意。但由于我们正在处理一种语言缺陷，并且与国家意图相冲突，因此很难明确证明一种行为是正确的。众所周知，这些论点所依据的基本规则在这种特殊情况下是有缺陷的。