C #中的结构偏移量和指针安全

Question

这个问题是关于使用带结构偏移量的指针算法派生的指针。

考虑以下程序：

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <new>

struct A {
  float a;
  double b;
  int c;
};

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c);

int main() {
  A * a = new A{0.0f, 0.0, 5};
  char * a_storage = reinterpret_cast<char *>(a);
  int * c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c));

  std::cout << *c << std::endl;

  delete a;
}

这个程序似乎可以工作，并在我使用默认设置和C 11标准测试的编译器上给出预期的结果。

(一个密切相关的程序，其中我们使用< code>void *而不是< code>char *和< code>static_cast而不是< code>reinterpret_cast，并没有被普遍接受。< code>gcc 5.4发布了一个关于带有void指针的指针算法的警告，而< code>clang 6.0指出带有< code>void *的指针算法是错误的。)

根据C标准，该程序是否具有明确定义的行为？

答案取决于实现是放宽了指针安全还是严格了指针安全（[basic.stc.dynamic.safety]）？

Answer 1

你应该检查一下你的假设。

假设 #1） 偏移量给出正确的偏移量（以字节为单位）。只有当类被认为是“标准布局”时，这才得到保证，它有许多限制，例如没有虚拟方法，避免多重继承等。在这种情况下，它应该没问题，但一般来说你不能确定。

假设#2)一个字符与一个字节大小相同。在C语言中，这是被定义的，所以你是安全的。

假设 #3） 偏移量给出了从指向类的指针的正确偏移量，而不是从数据开头开始的正确偏移量。这与#1基本相同，但vtable肯定是一个问题。同样，仅适用于标准布局。

Answer 2

它在您的特定示例中是安全的，但只是因为您的结构是标准布局，您可以使用 std：：is_standard_layout

尝试将此应用于结构，例如：

struct A {
  float a;
  double b;
  int c;
  std::string str;
};

将是非法的，即使字符串超过了相关的结构部分。

编辑

这是我关心的问题：在3.7.4.3[basic.stc.dynamic.safety]中，它说只有当（条件）并且如果我们有严格的指针安全，那么指针不是来自这样的地方，指针才是无效的。在5.7指针算术中，它说我可以在数组中执行通常的算术，但我没有看到任何东西告诉我结构偏移算术是可以的。我想弄清楚这是否与我认为的方式无关，或者在假设的“严格”impls中，结构偏移算术是否不可以，或者我是否看错了5.7（n4296）

当您执行指针算术时，您正在对char的数组执行它，其大小至少为sizeof（A），所以没关系。

然后，当你投回第二个成员时，你被覆盖在（2.4）：内：

-安全派生指针值的定义明确的指针转换结果（4.10、5.4）；

Answer 3

你的代码中没有根本性的错误。

如果< code>A不是普通的旧数据，那么上面是UB(在C 17之前)和有条件支持的(在C 17之后)。

您可能想将char*和int*替换为 ，但这是一个风格问题。

请注意，指向成员的指针以类型安全的方式执行完全相同的操作。大多数编译器实现指向成员的指针...作为类型中成员的偏移量。然而，它们确实在任何地方工作，甚至在非豆荚结构上也是如此。

旁白：我没有看到offsetof在标准中是instexpr的保证。；）

在任何情况下，更换:

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c);

随着

static constexpr auto off_c = &A::c;

和

  auto* a_storage = static_cast<char *>(a);
  auto* c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c));

随着

  auto* c = &(a->*off_c);

用C方式来做。