将指针转换为指针引用是否会导致未定义行为？

Question

我遇到了下面这段丑陋的代码，想知道标准是否对此有规定。调用foo()函数是否被认为是导致未定义行为？还是无害的？

#include <iostream>

class Base {};
class Derived : public Base {};

void foo(Base *&b)
{
  std::cout << "foo" << std::endl;
}

int main()
{
  Derived *der = new Derived();

  foo((Base *&)der);

  return 0;
}

我认为使用丑陋的C风格强制类型转换是因为简单的 (Base *) 转换会导致编译错误。即使现在它能够编译，是否只是因为严格别名规则？或者引用类型的强制类型转换符合标准吗？

- theroyn

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是的，这是一个"strict aliasing violation"（严格别名违规）的问题。 - M.M

@M.M，你能详细解释一下吗？ - lubgr

@M.M 我也同意lubgr的观点。如果您能提供一些参考来源或解释您的评论，那将不胜感激。 - theroyn

一个关于严格别名的参考资料。 - Sander De Dycker

想象一下，如果Derived有多个基类，并且您将其转换为不位于对象开头的基类，会发生什么。 - sklott

Answer 1

这是相当UB的，因为实际上你正在将派生指针重新解释为基类指针。原因是你没有将Derived指针转换为Base指针，而是将T&转换为U& - 虽然T和U具有相同的大小和对齐方式（都是对象指针类型），但它们无法进行static_cast转换。这反过来要求C风格的转换行为像reinterpret_cast。

虽然在你的情况下它通常（tm）会有效果（基类子对象位于派生对象的索引0处），但在使用多个或虚拟继承时预计会（tm）失败。

可以通过执行以下操作轻松达到预期效果：

Derived* der = new Derived();
Base* base = der; // conversion to base
foo(base);
der = static_cast<Derived*>(base); // assumes that whatever base points to now is also (derived from) Derived

请注意，在类型转换中使用引用通常并不成问题。例如：

Derived derived;
Base& base = static_cast<Base&>(derived); // equivalent to *static_cast<Base*>(&derived)

- danielschemmel

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挑剔一点：不同的指针类型不能保证具有相同的大小（或对齐方式）。对于实际实现来说，这是一个合理的假设，特别是在谈论指向派生类和基类的指针时。 - Sander De Dycker

@SanderDeDycker 这个问题表明，由于无效的转换，编译器没有拒绝这种形式的程序（是的，我太懒了，不想查看是否需要该诊断）。 - danielschemmel