Question

这个问题是关于使用带有结构偏移的指针算法派生的指针。

考虑以下计划：

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <new>

struct A {
  float a;
  double b;
  int c;
};

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c);

int main() {
  A * a = new A{0.0f, 0.0, 5};
  char * a_storage = reinterpret_cast<char *>(a);
  int * c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c));

  std::cout << *c << std::endl;

  delete a;
}

该程序似乎可以工作，并使用默认设置和C ++ 11标准在我测试的编译器上给出预期结果。

（一个密切相关的计划，我们使用void *代替char *和static_cast代替reinterpret_cast，并未被普遍接受。 gcc 5.4发出有关使用void指针的指针算法的警告，clang 6.0表示该指针使用void *进行算术是一个错误。）

根据C ++标准，该程序是否具有明确定义的行为？

答案取决于实施是否已放宽或严格指针安全（[basic.stc.dynamic.safety]）？

Answer 1

您的代码中没有根本错误。

如果A不是普通旧数据，则上面是UB（在C ++ 17之前）并且有条件地支持（在C ++ 17之后）。

您可能希望将char*和int*替换为auto*，但这是一种风格。

请注意，指向成员的指针以类型安全的方式完成相同的操作。大多数编译器实现了一个指向成员的指针...作为类型中成员的偏移量。然而，它们确实在任何地方工作，甚至在非吊舱结构上也是如此。

除此之外：我没有看到标准中offsetof为constexpr的保证。 ;）

无论如何，请替换：

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c);

与

static constexpr auto off_c = &A::c;

和

  auto* a_storage = static_cast<char *>(a);
  auto* c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c));

与

  auto* c = &(a->*off_c);

用C ++方式做。

Answer 2

在您的具体示例中这是安全的，但仅因为您的结构是标准布局，您可以使用std::is_standard_layout<>仔细检查。

尝试将其应用于结构，例如：

struct A {
  float a;
  double b;
  int c;
  std::string str;
};

即使字符串超出了相关结构的一部分，也是非法的。

修改

下面是关于abt的内容：在3.7.4.3 [basic.stc.dynamic.safety]中它表示只有在（条件）时才能安全地导出指针，并且如果我们有严格的指针安全性，那么指针无效，如果它不是来自这样的地方。在5.7指针算术中，它说我可以在数组中进行通常的算术，但我没有看到任何告诉我结构偏移算术是可以的。我试图弄清楚这是否与我认为的方式无关，或者假设的“严格”推算中结构偏移算术是否正常，或者我是否读错了5.7（n4296）

当您执行指针算术时，您在char的数组上执行它，其大小至少为sizeof(A)，所以没关系。

然后，当你回到第二个成员时，你将被（2.4）所涵盖：

- 安全派生指针值的明确定义的指针转换（4.10,5.4）的结果;

Answer 3

你应该检查你的假设。

假设＃1）offsetof以字节为单位给出正确的偏移量。只有当类被认为是“标准布局”时才有保证，它有许多限制，例如没有虚拟方法，避免多重继承等。在这种情况下，应该没问题，但一般情况下你不能一定不会。

假设＃2）char与字节大小相同。在C中，这是定义，所以你是安全的。

假设＃3）offsetof给出了指向类的指针的正确偏移，而不是从数据的开头。这与＃1基本相同，但vtable肯定是个问题。同样，只适用于标准布局。

C ++中的结构偏移和指针安全性

3 个答案: