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c++ - 使用 reinterpret_cast 访问类似“struct {double, int}”的对象的对象

问题描述

通过 ed 指针和相关的 UB 访问对象reinterpret_cast已在此处进行了广泛讨论。阅读问题和答案后，我仍然不确定是否正确使用 POD 类型的未初始化内存。

假设我想“模仿”

struct { double d; int i; };

通过手动为数据成员分配内存并假设（为简单起见）之前不需要填充i。

现在，我这样做：

// (V1)
auto buff = reinterpret_cast<char*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = reinterpret_cast<double*>(buff);
auto i_ptr = reinterpret_cast<int*>(buff + sizeof(double));
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

第一个问题：这段代码有效吗？

我可以使用放置new：

// (V2)
auto buff = reinterpret_cast<char*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = new(buff) double;
auto i_ptr = new(buff + sizeof(double)) int;
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

我一定要吗？在这里放置new似乎是多余的，因为 POD 类型的默认初始化是无操作（空初始化），并且[basic.life]读取：

类型对象的生命周期T开始于：

(1.1) 获得具有适合类型对齐和大小的存储T，

(1.2) 如果对象有非空初始化，则其初始化完成，...

这是否表示*d_ptr和*i_ptr对象的生命周期在我为它们分配内存后开始？

第二个问题：我可以使用 type double*（或 some T*） for buff，即

// (V3)
auto buff = reinterpret_cast<double*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = reinterpret_cast<double*>(buff);
auto i_ptr = reinterpret_cast<int*>(buff + 1);
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

或者

// (V4)
auto buff = reinterpret_cast<double*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = new(buff) double;
auto i_ptr = new(buff + 1) int;
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

?

标签： c++language-lawyerc++17placement-new

解决方案

正如巴里在这里更好地陈述的那样，1&3 是 UB。简短的版本：这些代码段都不包含创建对象所需的任何语法。而且您无法访问不存在的对象的值。

那么，2和4有效吗？

#2 当且仅当alignof(double) >= alignof(int). 但它仅在创建 adouble后跟 an的意义上有效int。它不会以任何方式“模仿”那个无名的结构。结构可以有任意数量的填充，而在这种情况下，int将立即跟随double.

严格来说，#4 不起作用。buff实际上并不指向新创建的double. 因此，指针算术不能用于获取该 object 之后的字节。所以做指针算术会产生未定义的行为。

现在，我们正在谈论严格意义上的C++ 。很可能，每个编译器都会执行所有这四个（上面关于对齐的警告）。

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