指针可互换性与具有相同的地址

Question

working draft of the standard N4659说：

  

[basic.compound]
  如果两个对象是指针可互换的，那么它们具有相同的地址

然后注意到

  

数组对象及其第一个元素不是指针可互换的，即使它们具有相同的地址

使数组对象及其第一个元素非指针可互换的基本原理是什么？更一般地说，区分指针 - 可互换性概念与具有相同地址的概念的理由是什么？在那里某处不存在矛盾吗？

看来这个陈述序列

p1 == p2

我们有i1，但i2已明确定义，使用try { Message message = new MimeMessage(session); message.setFrom(new InternetAddress( "sender@gmail.com")); message.setRecipients(Message.RecipientType.TO, InternetAddress.parse("reciever@gmail.com")); message.setSubject("subject"); Multipart multipart = new MimeMultipart(); URL url = new URL(url); InputStream is = url.openStream(); MimeBodyPart bodyPart = new MimeBodyPart(is); multipart.addBodyPart(bodyPart); message.setContent(multipart); message.addHeader("Content-Type", mimeType); Transport.send(message); logger.info("SENT to" + message.getRecipients(RecipientType.TO)); } catch (MessagingException e) { //some implementation } 会产生UB。

Answer 1

显然存在基于此优化的实现。考虑：

struct A {
    double x[4];
    int n;
};

void g(double* p);

int f() {
    A a { {}, 42 };
    g(&a.x[1]);
    return a.n; // optimized to return 42;
                // valid only if you can't validly obtain &a.n from &a.x[1]
}

鉴于p = &a.x[1];，g可能会尝试a.n获取对reinterpret_cast<A*>(reinterpret_cast<double(*)[4]>(p - 1))->n的访问权限。如果内部强制转换成功地产生了指向a.x的指针，则外部强制转换将产生指向a的指针，从而使类成员访问定义的行为，从而禁止优化。

Answer 2

  

更一般地说，将指针 - 可互换性的概念与具有相同地址的概念区分开来的理由是什么？

如果不是不可能回答为什么标准做出某些决定很难，但这是我的看法。

逻辑上，指针指向对象，而不是地址。地址是指针的值表示。重用包含const成员

的对象的空间时，区别尤为重要

struct S {
    const int i;
};

S s = {42};
auto ps = &s;
new (ps) S{420};
foo(ps->i);  // UB, requires std::launder

可以使用具有相同值表示的指针，就好像它是相同的指针一样，应该被认为是特殊情况而不是相反的方式。

实际上，该标准试图尽可能少地限制实现。 指针可互换性是指针可能是reinterpret_cast并产生正确结果的条件。看到reinterpret_cast如何被编译成什么都没有，它也意味着指针共享相同的值表示。由于这对实施施加了更多限制，因此在没有令人信服的理由的情况下不会给出条件。

Answer 3

因为委员会希望明确表示数组是低级概念而不是第一类对象：例如，您不能返回数组也不能分配它。指针可互换性是指相同级的对象之间的概念：仅标准布局类或联合。

这个概念在整个草案中很少使用：在[expr.static.cast]中它作为特例出现，在[class.mem]中，注释表示对于标准布局类，指针是一个对象及其第一个子对象是可互换的，在[class.union]中，指向union的指针及其非静态数据成员也在[ptr.launder]中声明为可互换的。

最后一次出现两个用例：指针是可互换的，或者一个元素是一个数组。这在一个注释中说明，而不是在[basic.compound]中的注释中，因此它更清楚地表明指针 - 互换性自愿不涉及数组。

Answer 4

仔细阅读标准的这一部分后，我明白两个对象是指针可相互转换的，顾名思义，如果

1. 它们通过它们的类定义“相互连接”（请注意，指针可相互转换的概念是为类对象及其第一个非静态数据成员定义的）。

2. 它们指向同一个地址。但是，由于它们的类型不同，我们需要使用 reinterpret_cast 运算符“转换”它们的指针类型。

对于问题中提到的数组对象，数组及其第一个元素在类定义方面没有互连，我们也不需要转换它们的指针类型能够与它们一起工作。它们只是指向同一个地址。