reinterpret_cast 在指向模板聚合类型的指针上的安全性

Question

我想知道我接下来对 reinterpret_cast 的使用是否是未定义的行为。

给定模板聚合，例如...

template<typename T>
struct Container
{
  Container(T* p) : ptr(p) { }
  ...
  T* ptr;
};

... 和类似 ...

的类型层次结构

struct A { };
struct B : A { };

以下转换是否安全，因为 B 是 A 的动态类型 ...

Container<B>* b = new Container<B>( new B() );
Container<A>* a = reinterpret_cast<Container<A>*>(b);

...至于我现在可以安全地使用 a->ptr 及其（可能是虚拟的）成员吗？

我使用它的代码可以很好地编译和执行（Clang，OS X），但我担心我已经放置了一颗定时炸弹。我想 Container<T> 的每个实例都共享相同的布局和大小，所以这应该不是问题，对吧？

看看 cppreference.com 关于 reinterpret_cast 的说法，似乎有一个合法使用的声明涵盖了我正在尝试做的事情...

Type aliasing When a pointer or reference to object of type T1 is reinterpret_cast (or C-style cast) to a pointer or reference to object of a different type T2, the cast always succeeds, but the resulting pointer or reference may only be accessed if both T1 and T2 are standard-layout types and one of the following is true:

...

T2 is an aggregate type or a union type which holds one of the aforementioned types as an element or non-static member (including, recursively, elements of subaggregates and non-static data members of the contained unions): this makes it safe to cast from the first member of a struct and from an element of a union to the struct/union that contains it.

我很感激我在这件事上似乎走错了路。那不是我关心的。我只想知道我所做的是否安全/合法。在此先感谢您的帮助。

Answer 1

无论类型别名是否符合标准，您可能还有其他问题。

I guess every instance of Container<T> shares the same layout and size so it shouldn't be a problem, right?

实际上，并非 Container<T> 的每个实例都共享相同的布局！如 this question 中所述，模板成员仅在使用时创建，因此如果每种类型使用不同的成员，您的 Container<A> 和 Container<B> 可能具有不同的内存布局。

Answer 2

there seems to be a statement for legal use that covers what I'm trying to do ...

那不是那个例外的意思。该异常表示 given

struct S { int i; } s;

您可以使用 *reinterpret_cast<int *>(&s) 访问 s.i。

您尝试执行的操作没有类似的例外情况。你试图做的事情在 C++ 中根本无效。即使是下面的也是无效的：

struct S { int i; };
struct T { int i; };
int f(S s) { return ((T &) s).i; }

并且编译器会基于您不会编写那样的代码的假设进行优化。

对于当前编译器在运行时失败的实际示例：

#include <cstdlib>
struct S { int i; };
struct T { int i; };
void f(S *s, T *t) { int i = s->i; t->i++; if (s->i == i) std::abort(); }

这里，GCC优化掉了检查s->i == i（GCC 4.9.2，命令行选项中有-O2），无条件调用std::abort()，因为编译器知道s 和 t 不可能指向相同的内存区域。即使您可能会尝试将其称为

int main() { S s = { 0 }; f(&s, reinterpret_cast<T *>(&s)); }

reinterpret_cast 在指向模板聚合类型的指针上的安全性

Safety of reinterpret_cast on pointer to template aggregate type

c++

casting