使用new char []或malloc的結果來表示浮動*是UB（嚴格別名沖突）嗎？

Question

哪些代碼有UB（具體來說，哪些違反了嚴格的別名規則）？

void a() {
    std::vector<char> v(sizeof(float));
    float *f = reinterpret_cast<float *>(v.data());
    *f = 42;
}

void b() {
    char *a = new char[sizeof(float)];
    float *f = reinterpret_cast<float *>(a);
    *f = 42;
}

void c() {
    char *a = new char[sizeof(float)];
    float *f = new(a) float;
    *f = 42;
}

void d() {
    char *a = (char*)malloc(sizeof(float));
    float *f = reinterpret_cast<float *>(a);
    *f = 42;
}

void e() {
    char *a = (char*)operator new(sizeof(float));
    float *f = reinterpret_cast<float *>(a);
    *f = 42;
}

我問這個，因為這個問題。

我認為， d沒有UB（否則malloc在C ++中沒用）。 因此，似乎合乎邏輯， b ， c ＆ e也沒有。 我錯了嗎？ 也許b是UB，但c不是？

Answer 1

序言： 存儲和對象是C ++中的不同概念。 存儲是指存儲空間， 對象是具有生命周期的實體，可以在一個存儲區中創建和銷毀。 隨着時間的推移，存儲可以重新用於托管多個對象。 所有對象都需要存儲，但可以存儲沒有對象的存儲。

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c是對的。 Placement-new是在存儲中創建對象的有效方法之一（C ++ 14 [intro.object] / 1），即使該存儲中存在預先存在的對象。 重新使用存儲會隱藏地破壞舊對象，只要它們沒有非平凡的析構函數（[basic.life] / 4），這就完全沒問題了。 new(a) float; 在現有存儲（[expr.new] / 1）中創建float類型和動態存儲持續時間的對象。

d和e在當前對象模型規則中由於省略而未定義：通過glvalue表達式訪問內存的效果僅在表達式引用對象時定義; 而不是當表達式引用不包含任何對象的存儲時。 （注意：請不要對現有定義明顯不足的問題留下非建設性意見）。

這並不意味着“malloc無用”; malloc和operator new是獲得存儲 。 然后，您可以在存儲中創建對象並使用這些對象。 事實上，這正是標准分配器和new表達式的工作原理。

a和b是嚴格的別名沖突： float類型的glvalue用於訪問不兼容類型char對象。 （[basic.lval] / 10）

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有一種建議這將使所有的明確定義的情況下（比的下面提到對准其他）：下該提案中，使用*f隱式地創建該類型中的位置的目的，用一些注意事項。

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注意：在b到e的情況下沒有對齊問題，因為new-expression和::operator new保證為任何類型（[new.delete.single] / 1）正確地分配存儲。

但是，在std::vector<char>的情況下，即使標准指定調用::operator new來獲取存儲，標准也不要求將第一個向量元素放在該存儲的第一個字節中; 例如，向量可以決定在前面分配3個額外字節，並將其用於某些簿記。

Answer 2

雖然OP和我之間的討論產生了這個問題，但我仍然會在這里解釋。

我相信所有這些對c()保存包含嚴格的別名違規，正如標准正式定義的那樣。

我的基礎是標准的第1.8.1節

...對象由定義（3.1），new-expression（5.3.4）或實現（12.2）在需要時創建。 ...

reinterpret_cast<>內存不屬於這兩種情況。

Answer 3

從cppreference ：

鍵入別名

每當嘗試通過類型為AliasedType的glvalue讀取或修改DynamicType類型的對象的存儲值時，除非滿足下列條件之一，否則行為是未定義的：

• AliasedType和DynamicType類似。
• AliasedType是DynamicType的（可能是cv限定的）有符號或無符號變體。
• AliasedType是std :: byte，（自C ++ 17開始）char或unsigned char：這允許將任何對象的對象表示檢查為字節數組。

非正式地，如果在每個級別剝離cv資格（但排除函數類型內的任何內容）之后，兩種類型是相似的，它們是相同的類型。

例如：[......一些例子......]

也是cppreference ：

glvalue是一個表達式，其評估決定了對象，位域或函數的身份;

除了（c）之外，上述內容與所有示例相關。 類型既不相似也不簽名/無符號變體。 AliasedType （您AliasedType為的類型）既不是char ， unsigned char或std::byte 。 因此，所有這些（但是c）都表現出不確定的行為。

免責聲明：首先，cppreference不是官方參考，但只有標准是。 其次，不幸的是，如果我對cppreference上讀到的內容的解釋是正確的，我甚至不能100％肯定。