这段C++代码是否可移植？（假设多维数组具有连续的内存布局）

Question

首先，如果我有任何语法错误等，请原谅我的英文...

我的问题是，当我们有一个二维数组时，如果我没记错的话，从计算机和 C/C++ 的角度来看，它只是一个长的一维数组，索引只是帮助编译器映射到具体的地址。

这段代码片段在 Visual C++ 中可以工作，但我想知道，这段代码是否 可移植 和 符合 标准（C++98），在其他架构和/或操作系统上不会出现意外：

int arr[][3] = { 1, 5, 3, 7, 5, 2, 7, 8, 9 };
const int ARR_NUM = sizeof(arr) / sizeof(int);

int* ptr = reinterpret_cast<int*>(arr);    // NOT: int(*)[][3] !!!
for (int i = 0; i < ARR_NUM; ++i) {
    cout << ptr[i] << endl;
}

- Benj

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我更改了标签，因为[multidimensional]的标签维基建议使用[multidimensional-array]代替。我建议将[arrays]替换为[language-lawyer]，这样可能会吸引到合适的人。 - Matt K

我会使用int* p = &arr[0][0]，而不是reinterpret_cast。 - user396672

@user396672，int * p = arr[0]; 等同于 int * p = &arr[0][0];，但更加清晰易懂。 - Griwes

@Griwes：通常，简洁并不等于易读。例如，我总是更喜欢使用&arr[i]而不是array+i，因为表达式&arr[i]清楚地说明了arr是一个数组，我不需要去查看arr的定义来理解这里发生了什么（除了C和C++中指针算术是最有争议的特性之一）。我完全理解你的观点，但对我来说int * p = arr[0]不够清晰：要理解它，我需要几秒钟的时间；而要理解&arr[0][0]，我只需要几百毫秒 :) - user396672

@user396672，那你有点奇怪（无意冒犯）:P - Griwes

Answer 1

标准语

多维数组的元素按行优先顺序连续存储，因此手动索引是可移植的：

C++98，8.3.4/1：

数组类型对象包含一组类型为 T 的 N 个连续分配的非空子对象。

显然，对于多维数组，这递归地适用。

然而，这种使用 reinterpret_cast 并不可移植。标准规定（C++98，5.2.10/1）：

[...]否则，结果是右值，[...]，数组到指针，[...]标准转换应用于表达式 v。

换句话说，传递 arr 立即触发将数组衰减为指向其第一个元素的指针。然后（C++98，5.2.10/3）出现了万能的

reinterpret_cast 执行的映射是实现定义的。

本节的其余部分列出了许多例外情况，指定了始终定义良好的强制转换。由于没有一个适用于这里，结论是从技术上讲默认情况下它是实现定义的。

最终结论

理论上讲，这是不可移植的。实际上，只要架构相同（例如 x86），我肯定希望强制转换能够可靠地工作。

幸运的是，您不必假设任何类似的事情，因为正如其他人所提到的，像 int* ptr = arr[0] 这样的东西可以完成同样的工作，并且保证可移植性。

- Jon

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不确定这是正确的引用：它提到T1和T2是对象，我认为这与指针具体不同。 - Matthieu M.

根据Bjarne Stroustrup的书，reinterpret_cast是实现定义的，因为它通过创建新的目标指针类型，并将位模式从源类型复制到其中来工作。为什么它是实现定义的呢？因为这可能会导致对齐变化，在某些系统上，不同指针类型之间的字节数可能不同。这并不意味着（在我看来）reinterpret_cast不可移植。在这种情况下，此转换是实现定义的，但在语义上有意义，并且应该在不同系统中产生相同的行为。 - Benj

8.3.4节是正确的章节，它严格定义了数组的内存布局，使得相关代码具有可移植性。此外，请注意，“_object_”指代任何内存条目，因此适用于所有类型（不仅限于类类型）。 - edA-qa mort-ora-y

@Benj：你不仅在问可移植性的问题，还在问它是否符合标准。 - Niklas B.

@bames53：不，不能有填充。 “连续”表示首先在int之间没有填充，然后递归地表示在int[]之间没有填充等等。 - Jon

Answer 2

如果您想非常严格，则reinterpret_cast在标准中的定义并不十分明确。这段代码可以在任何地方运行，但您可能会对其提出一些吹毛求疵的反驳。

使用：

int *ptr = arr[0];

为了绝对保险起见，连续的数组布局是有保证的。

- Anyonmous Coward

Answer 3

关于多维数组具有连续内存布局的假设，它符合标准且可移植。自C时代以来一直如此，C++也没有改变这一点。

然而，reinterpret_cast不是可移植的，因此你的代码不能保证在任何地方都能正常工作。

- stanwise

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首先，这是关于C语言而不是C++。第二，该段落讨论了数组的下标访问。在这种情况下，reinterpret_cast应该是具体实现定义的，但我不确定。 - Niklas B.

Answer 4

如果我没记错，reinterpret_cast 不是一个可移植的操作。

- Artem Chilin

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这取决于情况。有些reinterpret_cast的用法是完全规范的。 - Matthieu M.