std::launder 和严格的别名规则

Question

考虑这段代码：

void f(char * ptr)
{
    auto int_ptr = reinterpret_cast<int*>(ptr); // <---- line of interest 
    // use int_ptr ... 
}

void example_1()
{
    int i = 10;    
    f(reinterpret_cast<char*>(&i));
}

void example_2()
{
    alignas(alignof(int)) char storage[sizeof(int)];
    new (&storage) int;
    f(storage);
}

来自 example_1 的电话的兴趣行：

Q1: 在调用方，char 指针为我们的整数指针设置了别名。这是有效的。但是将它转换回 int 是否也有效？我们知道 int 在其生命周期内存在，但考虑到函数是 在另一个翻译单元 中定义的（未启用链接时优化）并且上下文未知。然后所有编译器看到的是：int 指针想要别名 char 指针，这违反了严格的别名规则。那么允许吗？

Q2:考虑不允许。我们在 C++17 中得到了 std::launder。它是一种指针优化屏障，主要用于访问放置 new 到其他类型对象的存储中的对象，或者当涉及 const 成员时。我们可以用它来给编译器一个提示并防止未定义的行为吗？

来自 example_2 的电话的兴趣行：

Q3：这里应该需要std::launder，因为这是Q2中描述的std::launder用例，对吧？

auto int_ptr = std::launder(reinterpret_cast<int*>(ptr));

但再考虑一下f是在另一个翻译单元中定义的。编译器如何知道我们在调用端发生的放置 new？编译器（只看到函数f）如何区分example_1和example_2？或者以上只是假设，因为严格的别名规则会排除一切（记住，char* 到 int* 是不允许的）并且编译器可以做它想做的事？

后续问题：

Q4: 如果上面的所有代码由于别名规则都是错误的，请考虑更改函数 f 以采用 void 指针：

void f(void* ptr)
{
    auto int_ptr = reinterpret_cast<int*>(ptr); 
    // use int_ptr ... 
}

然后我们没有别名问题，但仍然存在 example_2 的 std::launder 情况。我们是否更改了调用方并将我们的 example_2 函数重写为：

void example_2()
{
    alignas(alignof(int)) char storage[sizeof(int)];
    new (&storage) int;
    f(std::launder(storage));
}

或者函数 f 中的 std::launder 是否足够？

Answer 1

严格的别名规则是对实际用于访问对象的左值类型的限制。对于该规则而言，重要的是 a) 对象的实际类型，以及 b) 用于访问的泛左值的类型。

指针经过的中间转换是无关紧要的，只要它们保留指针值即可。（这是双向的；就此而言，再多的巧妙转换或洗钱也无法解决严格的混叠违规问题。）

只要 ptr 实际上指向 int 类型的对象，

f 就有效，假设它通过 int_ptr 访问该对象而无需进一步转换。

example_1写的有效； reinterpret_casts 不改变指针值。

example_2 是无效的，因为它给 f 一个实际上并不指向 int 对象的指针（它指向storage 数组）。参见

Answer 2

您不需要 std::launder 在函数 f() 中。尽可能通用，函数 f() 可以与任何指针一起使用：脏（需要清洗）或不脏。它只在调用端已知，所以你必须使用这样的东西：

void example_2()
{
    alignas(alignof(int)) char storage[sizeof(int)];
    new (&storage) int;        // char[] has gone, now int there
    f(std::launder(reinterpret_cast<int*>(storage)));  // assiming f(void* p)
}

而 f() 本身是另一回事。正如您提到的，考虑将 f() 放在共享库中，因此根本没有任何上下文假设。

std::launder 和严格的别名规则

std::launder and strict aliasing rule

c++

language-lawyer

c++17

strict-aliasing

placement-new