指针可互换类型和联合数组

Question

如果我有 union.

struct None {};

template<typename T>
union Storage {
    /* Ctors and Methods */

    T obj;
    None none;
};

pointer-interconvertible 类型表示执行以下转换是合法的：

Storage<T> value(/* ctor args */);
T* obj = static_cast<T*>(static_cast<void*>(&value));

把Storage<T>的数组当成T的数组是合法的吗?

Storage<T> values[20] = { /* initialisation */ };
T* objs = static_cast<T*>(static_cast<void*>(values));

for(auto i = 0; i < 20; ++i) {
    objs[i].method(); // Is this pointer access legal?
}

Answer 1

不，这是不合法的。关于 pointer-arithmetic 唯一可以被视为数组的是数组（以及由不是数组元素的对象形成的假想 single-element 数组）。所以这里与objs[i]中的指针运算相关的“数组”是由第一个数组元素的obj形成的假设的single-element数组，因为它本身不是数组的元素。对于 i >= 1，objs[i] 不会指向一个对象，因此可能不会在其上调用 method。

实际上，如果 T 的大小和联合的大小不一致，就会出现问题，因为在这种情况下，地址的算术运算也会失效。不能保证这两个大小一致（即使 None 有 sizeof 和 alignof 等于 1）。

除了那个问题，我怀疑编译器是否真的利用这种未定义的行为来进行优化。不过我不能保证。

另请注意，如果obj是联合体的活跃成员，则只能通过强制转换获得的指针访问obj，这意味着obj是成员在示例中已初始化。

你表示你打算在常量表达式中使用它，在这种情况下，编译器需要诊断未定义的行为，并且可能会拒绝这样的程序，而不管优化器的实际考虑如何。

此外，在常量表达式中，不允许从 void* 强制转换为不同的对象类型（或 reinterpret_cast）。所以 static_cast<T*>(static_cast<void*>(values)); 无论如何都会导致它失败。尽管这可以通过直接将指针指向联合成员（例如 &values[0].obj）来简单地补救。没有理由在这里使用强制转换。

指针可互换类型和联合数组

Pointer-Interconvertible Types and Arrays of Unions

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