连续非数组对象上的指针算术

Question

std::vector通常被认为是不可实现的 pre-C++20（如P0593中所讨论的），因为在遵守所需的性能限制的同时，元素不能放置在内部数组中，并且在返回的指针和特别是.data()返回的指针是不允许的：

char * storage = new char[sizeof(int) * 3];
int * data = new(storage) int(1);
new(storage + sizeof(int)) int(2);
new(storage + sizeof(int) * 2) int(3);

data[2] = 5; // undefined behavior, as there is no array of int at the address data points to

但是，C++17 之前的标准包含以下引用：

[basic.compound] 如果 T 类型的 object 位于地址 A，则表示值为地址 A 的 cv T* 类型的指针指向该 object，无论该值是如何获得的。

[expr.add] 对于这些运算符，指向非数组 object 的指针的行为与指向长度为 1 的数组的第一个元素的指针相同，该数组的类型为 object 作为其元素类型。

[expr.add] 此外，如果表达式 P 指向数组 object 的最后一个元素，则表达式 (P)+1 指向数组 object 的最后一个元素，如果表达式 Q 指向最后一个元素对于数组 object，表达式 (Q)-1 指向数组 object 的最后一个元素。

这应该使以下代码合法且符合要求：

char * storage = new char[sizeof(int) * 3];
int * data = new(storage) int(1);
new(storage + sizeof(int)) int(2);
new(storage + sizeof(int) * 2) int(3);

int * tmp = data + 1; // legal due to [expr.add]
                      // tmp now points to the int placed at storage + sizeof(int) due to [basic.compound]
                      // requires laundering as of C++17
tmp = tmp + 1;        // tmp now points to the int placed at storage + sizeof(int) * 2
*tmp = 5;

(data + 1)[1] = 5;    // equivalent to the above

换句话说，相同类型的连续存储对象可以相互访问，只要用于这样做的指针只是重复地逐步移动到它们的直接邻居而不是使用直接指针算法。 我是否正确阅读标准？

C++17 标准更改了 [basic.compound] 和 [expr.add] 的公式，并要求在每次逐步移动后清洗指针，以便实际指向该位置的 int object，但在其他方面应该等效。

---

编辑删除了 reinterpret_cast 的使用，因为其使用的合法性不是这个问题的重点。

Answer 1

即使使用 c++20，我也不认为该代码是完全合法的。

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/reinterpret_cast

每当尝试通过 AliasedType 类型的 glvalue 读取或修改 DynamicType 类型的 object 的存储值时，除非满足以下条件之一，否则行为未定义

• AliasedType 和 DynamicType 类似。
• AliasedType 是 DynamicType 的（可能是 cv 限定的）有符号或无符号变体。
• AliasedType 是 std::byte、（C++17 起）char 或 unsigned char：这允许将任何 object 的 object 表示检查为字节数组。

在

int * data = reinterpret_cast<int *>(storage);

DynamicType 是char而 AliasedType 是int不符合任何标准。 即使允许指针算术*tmp = 5; 仍然必须遵循初始指针的类型别名规则。

要访问您通过placement new 创建的int ，您必须捕获它的指针：

int * p = new(storage) int(1);

但这不是一个数组，因此您不能对其进行指针算术 (<= C++17) 以获得第二个 ìnt`。

PS：请注意，一个带有存储地址值的char *和一个带有存储地址值的int *在硬件中可能不会用相同的位模式表示。