在标准布局对象内进行指针算术运算时（例如使用offsetof），我们是否需要使用std::launder？

Question

这个问题是对在不实际指向字符数组的情况下，给“char *”指针添加内容是否未定义行为？的后续提问。

在CWG 1314中，CWG确认在标准布局对象内使用无符号字符指针进行指针运算是合法的。这似乎意味着与链接问题中类似的一些代码应该按预期工作。

struct Foo {
    float x, y, z;
};

Foo f;
unsigned char *p = reinterpret_cast<unsigned char*>(&f) + offsetof(Foo, z); // (*)
*reinterpret_cast<float*>(p) = 42.0f;

（为了更清晰，我已将char替换为unsigned char。）然而，C++17中的新变化似乎意味着，除非在两个reinterpret_cast之后使用std::launder，否则此代码现在是未定义行为。在两个指针类型之间进行reinterpret_cast的结果等同于两个static_cast：第一个转换为cv void*，第二个转换为目标指针类型。但是[expr.static.cast]/13暗示这会产生指向原始对象的指针，而不是指向目标类型对象的指针，因为Foo类型的对象与其第一个字节处的unsigned char对象不可互相转换，f.z的第一个字节处的unsigned char对象也不可与f.z本身互相转换。

我很难相信委员会有意打破这个非常常见的习惯用法，使得所有C++17之前使用offsetof的用法都变得未定义。

- Brian Bi

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@Artyer 这里不涉及严格别名问题。严格别名规则在C++17之前就已经存在，而std::launder与此无关。 - Brian Bi

@Brian："这会产生指向原始对象的指针" 这里所说的 "原始对象" 是什么？ p 不再指向 Foo。 它现在指向一个字节。 当您对字节数组指针执行指针算术运算时，它停止指向 Foo。 - Nicol Bolas

@Brian：但我们谈论的不是 reinterpret cast 的结果；我们谈论的是 byte 指针进行指针算术运算的结果。 - Nicol Bolas

@Brian：但是你引用的CWG1314说得不一样。C++17中没有改变这两个方面，因此关于算术运算符你所担心的问题并不清楚。 - Nicol Bolas

https://wg21.link/CWG1701。CWG最近似乎没有讨论过这个问题，但是几年前的最新讨论似乎没有明确的方向。 - T.C.

Answer 1

你的问题是:

在标准布局对象内进行指针算术运算时（例如使用offsetof），我们需要使用std::launder吗？

不需要。

std::launder在这种情况下不会改变任何内容，因此与所呈现的示例无关（imo从问题中删除launder或提出另一个问题）。

std::launder通常只在一些情况下需要（例如由于const成员而导致），在这些情况下您会以某种运行时方式更改（或创建）基础对象。助记符：对象是“脏的”，需要使用std::launder。

仅使用标准布局类型不会导致您需要使用std::launder。

- darune

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size_t 应该表示对象的大小，但可能不足以表示指针。您应该使用 uintptr_t 或 intptr_t。 - KamilCuk

从整数到指针类型的映射是由实现定义的，因此您的代码是否按预期运行也是由实现定义的。无论如何，我不明白答案与问题有什么关系。问题中没有对整数类型进行强制转换。 - walnut

@walnut 这有点类似于反证法，但我想你是对的。我更新了答案。 - darune