C++ 和 reinterpret_cast 中的越界数组访问

Question

假设我有这样的代码

struct A {
  int header;
  unsigned char payload[1];
};

A* a = reinterpret_cast<A*>(new unsigned char[sizeof(A)+100]);

a->payload[50] = 42;

这是未定义的行为吗？创建指向 payload 外部的指针应该是未定义的 AFAIK，但我不确定在我在数组之后分配内存的情况下是否也是如此。

标准说 p[n] 与 *(p+ n) 和 "if the expression P poinst to the i-th element of an array object, the expressions (P)+N point to the i+n-th elements of the array" 相同。在示例中，payload 指向数组中分配了 new 的元素，所以这可能没问题。

如果可能的话，如果您的答案包含对 C++ 标准的引用就更好了。

Answer 1

所以 reinterpret_cast 是未定义的行为，我们可以 reinterpret_cast 到 char 或 unsigned char 我们永远不能投从一个char或unsigned char，如果我们这样做：

Accessing the object through the new pointer or reference invokes undefined behavior. This is known as the strict aliasing rule.

所以是的，这违反了严格的别名规则。

Answer 2

考虑代码：

struct {char x[4]; char a; } foo;

int work_with_foo(int i)
{
  foo.a = 1;
  foo.x[i]++;
  return foo.a;
}

尽管程序会 "own" 存储在 foo.x+4，但事实上通过数组类型的访问仅针对前四个元素定义允许编译器将上面的代码替换为以下之一：

int work_with_foo(int i)  { foo.a = 1; foo.x[i]++; return 1; }

int work_with_foo(int i)  { foo.x[i]++; foo.a = 1; return 1; }

上述替换在标准下是明确允许的。这是不太清楚写增量的替代方法会强制编译器的行为就像它重新加载 foo.a。例如，我认为当 i 等于 foo.a 的偏移量，我认为同样应该如此 *(i+(char*)&foo.x)+=1; 但我不确定 *(i+foo.x)+=1; 或者 *(i+(char*)foo.x)+=1;.

Answer 3

在 C++ 中永远不需要这种老式的 C hack。

考虑：

#include <cstdint>
#include <utility>
#include <memory>

template<std::size_t Size>
struct A {
  int header;
  unsigned char payload[Size];
};

struct polyheader
{
  struct concept
  {
    virtual int& header() = 0;
    virtual unsigned char* payload() = 0;
    virtual std::size_t size() const = 0;
    virtual ~concept() = default;  // not strictly necessary, but a reasonable precaution
  };

  template<std::size_t Size>
  struct model : concept
  {
    using a_type = A<Size>;
    model(a_type a) : _a(std::move(a)) {}
    int& header() override {
      return _a.header;
    }

    unsigned char* payload() override {
      return _a.payload;
    }

    std::size_t size() const override {
      return Size;
    }

    A<Size> _a;
  };

  int& header() { return _impl->header(); }
  unsigned char* payload() { return _impl->payload(); }
  std::size_t size() const { return _impl->size(); }

  template<std::size_t Size>
  polyheader(A<Size> a) 
    : _impl(std::make_unique<model<Size>>(std::move(a)))
    {}

  std::unique_ptr<concept> _impl;
};


int main()
{
  auto p1 = polyheader(A<40>());
  auto p2 = polyheader(A<80>());

}

C++ 和 reinterpret_cast 中的越界数组访问

Out of bounds array accesses in C++ and reinterpret_cast

c++

undefined-behavior

reinterpret-cast