添加到“char *”指针 UB 时，它实际上并不指向 char 数组？

Question

C 17（expr.add/4）表示：

当将具有整型的表达式加到指针或从指针中减去时，结果为指针操作数的类型。如果表达式P指向具有n个元素的数组对象x的元素x[i]，如果为0，则表达式P J和J P（其中J的值为J）指向（可能是假设的）元素x[i J]≤i j（i j）≤n否则，行为是未定义的。同样，表达式P-J指向（可能是假设的）元素x[i−j] 如果为0≤我−j≤n否则，行为是未定义的。

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

Foo f;
char *p = reinterpret_cast<char*>(&f) + offsetof(Foo, z); // (*)
*reinterpret_cast<float*>(p) = 42.0f;

线标有（*）UB吗？reinterpret_cast

是UB吗？如果不是，为什么不是？




Answer 1

参见CWG 1314

根据6.9[basic.types]第4段，

类型T的对象的对象表示是类型T的对象占用的N个无符号char对象的序列，其中N等于sizeof（T）。

和4.5【介绍对象】第5段，

普通可复制或标准布局类型的对象(6.9[基本类型])应占据连续的存储字节。

这些段落是否使指针算术（8.7 [expr.add] 第5段）在标准布局对象中明确定义（例如，用于编写自己的memcpy版本？

基本原理（2011年8月）：

目前的措辞足够清楚，允许这种用法。

我强烈不同意CWG的说法，即“目前的措辞已经足够清楚”，但尽管如此，这是我们的裁决。

我将 CWG 的响应解释为建议，出于指针算术的目的，将指向无符号 char 的指针转换为可简单复制或标准布局类型的对象的指针，应将其解释为指向无符号 char 数组的指针，其大小等于所讨论的对象的大小。我不知道他们是否打算使用char指针或（截至C 17）std：：byte指针也可以工作。（也许如果他们决定真正澄清它，而不是声称现有的措辞足够清晰，那么我就会知道答案。

（另一个问题是，是否需要std:：launder来明确定义OP的代码。这里我不讨论这个问题；我认为它值得单独提问。）

Answer 2

任何不允许使用offsetof的解释都必须是错误的：

#include <assert.h>
#include <stddef.h>
struct S { float a, b, c; };

const size_t idx_S[] = {
    offsetof(struct S, a),
    offsetof(struct S, b),
    offsetof(struct S, c),
};

float read_S(struct S *sp, unsigned int idx)
{
    assert(idx < 3);
    return *(float *)(((char *)sp) + idx_S[idx]); // intended to be valid
}

但是，任何允许跨越显式声明数组末尾的解释也一定是错误的：

#include <assert.h>
#include <stddef.h>
struct S { float a[2]; float b[2]; };

static_assert(offsetof(struct S, b) == sizeof(float)*2,
    "padding between S.a and S.b -- should be impossible");

float read_S(struct S *sp, unsigned int idx)
{
    assert(idx < 4);
    return sp->a[idx]; // undefined behavior if idx >= 2,
                       // reading past end of array
}

我们现在处于一个两难境地，因为C和C标准中的措辞，本来是要不允许第二种情况，也可能不允许第一种情况。

这通常被称为“什么是对象？”问题。自20世纪90年代以来，包括C和C委员会成员在内的人们一直在争论这个问题和相关问题，并且多次尝试修改措辞，据我所知，没有一次成功（从某种意义上说，所有现有的“合理”代码都被渲染为绝对一致，所有现有的“合理”优化仍然被允许）。

（注意：以上所有代码都是用C编写的，以强调这两种语言中都存在相同的问题，并且可以在不使用任何C构造的情况下遇到。）

Answer 3

匿名用户

这一增加是有效的，但我不相信标准能说得足够清楚。引用N4140（大致为C14）：

3.9类型[基本类型]

2对于任何简单可复制类型T的对象（基类子对象除外），无论该对象是否持有类型T的有效值，构成该对象的底层字节（1.7）都可以复制到char或unsignchar的数组中。⁴²[…]

< sup>42)，例如使用库函数(17.6.1.2)< code > STD::memcpy 或< code>std::memmove。

它说“例如”，因为std:：memcpy和std:∶memmove不是允许复制底层字节的唯一方式。手动逐字节复制的简单for循环也应该有效。

为了使其工作，必须为指向构成对象的原始字节的指针定义加法，并且表达式定义的工作方式，加法的定义不能取决于加法的结果是否随后用于将字节复制到数组中。

这是否意味着这些字节已经形成了一个数组，或者这是否是运算符描述中以某种方式省略的运算符的一般规则的特殊例外，我不清楚（我怀疑是前者），但无论哪种方式都会使你在代码中执行的加法有效。