用 C++ 重新解释：合法与否？

Question

这是一个有点深奥的问题，但我很好奇以下 class 扩展模式在现代 C++ 中是否合法（例如，不构成 UB）（对于所有意图和目的我都很好将讨论限制在 C++17 及更高版本）。

template<typename T>
struct AddOne {
    T add_one() const {
        T const& tref = *reinterpret_cast<T const*>(this);
        return tref + 1;
    }
};

template<template<typename> typename  E, typename T>
E<T> const& as(T const& obj) {
    return reinterpret_cast<E<T> const&>(obj);
} 

auto test(float x) {
    return as<AddOne>(x).add_one();
}

auto test1(int x) {
    return as<AddOne>(x).add_one();
}

// a main() to make this an MVCE
// will return with the exit code 16
int main(int argc, const char * argv[]) {
  return test1(15);
}

以上代码是一个完整的示例，它在C++17模式下编译、运行并产生了至少clang的预期结果。在编译器资源管理器上查看反汇编代码：https://godbolt.org/z/S3ZX2Y

我的解释如下：标准规定 reinterpret_cast 可以在任何类型的 pointers/references 之间转换，但是访问那里产生的引用可能是 UB（根据别名规则）。同时，将结果值转换回原始类型可以保证产生原始值。

基于此，仅将对 float 的引用重新截取为对 AddOne<float> 的引用并不会调用 UB。由于我们从不尝试访问该引用后面的任何内存作为 AddOne<float> 的实例，因此这里也没有 UB。我们仅使用该引用的类型信息 select add_one() 成员函数的正确实现。该函数本身将引用转换回原始类型，因此同样没有 UB。本质上，这个模式在语义上等同于：

template<typename T>
struct AddOne {
   static T add_one(T const& x) {
      return x + 1;
   }
};

auto test(float x) {
  return AddOne<Int>::add_one(x);
}

我说的对吗？还是我漏掉了什么？

将此视为探索 C++ 标准的学术练习。

编辑：这不是 When to use reinterpret_cast? 的副本，因为该问题不讨论转换 this 指针或使用 reinterpret_cast 对重新解释的类型进行分派。

Answer 1

不，这绝对不合法。出于多种原因。

第一个原因是，您 *this 取消引用了一个 AddOne<int>*，它实际上并不指向 AddOne<int>。该操作实际上不需要取消引用并不重要"behind the scenes"； *foo 仅在 foo 指向兼容类型的对象时才合法。

第二个原因类似：您在 AddOne<int> 上调用一个成员函数，但实际上不是。同样，您不访问任何 AddOne 的（不存在的）成员也没关系：函数调用本身是对对象值的访问，运行违反了严格的别名规则。

Answer 2

完整的答案由用户@n.m在评论中提供，为了完整起见，我将其复制在这里。

[basic.life] c++ 标准部分中的一段指出：

Before the lifetime of an object has started [...] The program has undefined behavior if [...] the pointer is used to access a non-static data member or call a non-static member function of the object

看起来，这禁止通过重新解释的引用进行分派，因为该引用不引用活动对象。

用 C++ 重新解释：合法与否？

Reinterpret this in C++: legal or not?

c++

language-lawyer

reinterpret-cast

c++17