std::launder 和严格的别名规则

Question

考虑这个代码：

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调用的兴趣线：

Q1：在调用方， char指针是我们的整数指针的别名。 这是有效的。 但是将它转换回int也有效吗？ 我们知道一个int在它的生命周期内，但考虑到这个函数是在另一个翻译单元中定义的（没有启用链接时优化）并且上下文是未知的。 然后编译器看到的是：一个int指针想要给一个char指针取别名，这违反了严格的别名规则。 那么允许吗？

Q2：考虑到这是不允许的。 我们在 C++17 中得到了std::launder 。 这是一种主要用于访问的对象，安置了一个指针优化屏障new “编辑成其他类型或当一个对象的存储const成员参与。 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的调用的兴趣线：

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

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

但是再次考虑f是在另一个翻译单元中定义的。 编译器如何知道我们的布局new ，它发生在调用方？ 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只会排除一切（记住，不允许使用char*到int* ）并且编译器可以做它想做的事？

后续问题：

Q4：如果由于别名规则，以上所有代码都是错误的，请考虑更改函数f以采用空指针：

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 std::launder足够？

Answer 1

严格别名规则是对实际用于访问对象的泛左值类型的限制。 对于该规则而言，所有重要的是 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；就这一点而言，再多的巧妙转换——或洗钱——都无法解决严格的别名违规问题。）

只要ptr实际上指向int类型的对象， f就是有效的，假设它通过int_ptr访问该对象而无需进一步转换。

example_1是有效的； reinterpret_cast不会改变指针值。

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数组的生命周期外的第一个元素）。 请参阅放置 new 的返回值与其操作数的强制转换值之间是否存在（语义）差异？

Answer 2

您不需要在函数 f() 中使用 std::launder。 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。 它只在呼叫方知道，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() 本身又是另一回事。 正如您所提到的，请考虑将 f() 放在共享库中，因此根本没有任何上下文假设。