放置 new 的返回值和其操作数的转换值之间是否存在（语义上的）差异？

Question

使用placement new的返回值和其操作数的转换值之间是否存在（语义）差异？

struct Foo { ... };
char buffer[...];

Foo *a = new(buffer) Foo;
Foo *b = reinterpret_cast<Foo *>(buffer);

a 和 b 是否存在差异？

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根据DaBler的评论，这个问题告诉我们，如果使用const或引用成员： Placement new and assignment of class with const member

那么，稍微更新一下问题: 如果Foo没有const或引用成员，a和b是否有任何不同？

- geza

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new(buffer) Foo;将调用对象的构造函数；而另一个则不会。 - UKMonkey

@UKMonkey：抱歉，可能我表达不够清楚。两行代码都会被执行，首先是placement new，然后是cast。 - geza

是的，如果类包含const成员，则存在差异。有关详细信息，请参见此问题。 - DaBler

Answer 1

只有 a 可以安全地直接访问通过放置新表达式创建的 Foo 对象（我们将其称为 x 以方便参考）。使用 b 需要 std::launder。 a 的值在 [expr.new]/1 中指定：

如果实体是非数组对象，则新表达式的结果是指向所创建对象的指针。

因此，a 的值为“指向 x 的指针”。当然，这个指针可以安全地用于访问 x。

reinterpret_cast<Foo*>(buffer)将数组转换为指针并应用于buffer（请参见[expr.reinterpret.cast]/1）。转换后的结果值是“指向buffer第一个元素的指针”。 这是对象指针到不同类型对象指针的reinterpret_cast，根据[expr.reinterpret.cast]/7，其定义等同于static_cast<Foo*>(static_cast<void*>(buffer))。

void*的内部转换实际上是一种隐式转换。根据[conv.ptr]/2，

此转换不会改变指针值。

因此，内部转换产生的void*值为“指向buffer第一个元素的指针”。

外部转换受[expr.static.cast]/13的控制，我已将其轻微格式化为项目符号：

一个类型为“指向cv1 void的指针”的prvalue可以转换为类型为“指向cv2 T”的prvalue，其中T是对象类型，cv2是与cv1相同或更大的cv限定符。

• 如果原始指针值表示内存中字节的地址A，并且A不满足T的对齐要求，则得到的指针值是未指定的。

• 否则，如果原始指针值指向对象a，并且有一个类型为T（忽略cv限定符）的对象b与a可互相转换，则结果是指向b的指针。

• 否则，指针值通过转换不改变。

假设buffer已适当对齐（如果没有，那么在这一点上您会遇到麻烦），第一个项目不适用。由于这里没有pointer-interconvertiblity，因此第二个条目也不适用。因此，我们进入第三个项目——“指针值通过转换不改变”，并且仍然是“指向buffer的第一个元素的指针”。

因此，b并不指向x对象，而是指向buffer的第一个char元素，尽管它的类型是Foo*。因此，它不能用于访问x；尝试这样做会产生未定义的行为（对于非静态数据成员的情况，由于[expr.ref]中的遗漏；对于非静态成员函数的情况，由于[class.mfct.non-static]/2）。

要从b恢复指向x的指针，可以使用std::launder：

b = std::launder(b); // value of b is now "pointer to x"
                     // and can be used to access x

- T.C.

Answer 2

a可以通过访问合法，而b不行。来源于[basic.compound]

如果两个对象a和b满足以下条件，则它们是指针相互转换的：

• 它们是同一对象，或者

• 其中一个是标准布局联合对象，另一个是该对象的非静态数据成员，或者

• 其中一个是标准布局类对象，另一个是该对象的第一个非静态数据成员，或者，如果该对象没有非静态数据成员，则是该对象的第一个基类子对象([class.mem])，或

• 存在一个对象c，使得a和c是指针相互转换的，并且c和b是指针相互转换的。

如果两个对象是指针相互转换的，则它们具有相同的地址，并且可以通过reinterpret_­cast从一个指针获取到另一个指针。【注意: 数组对象及其第一个元素虽然具有相同的地址，但它们不是指针相互转换的。 --终注】

由于它们不是同一对象，也不是联合对象或子对象，因此无法进行指针相互转换。

请注意[expr.reinterpret.cast]只保证reinterpret_cast<char*>(b) == buffer。

对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。当将对象指针类型的prvalue v 转换为对象指针类型“指向cv T的指针”时，结果为static_­cast<cv T*>(static_­cast<cv void*>(v))。【注意: 将类型为“指向T1的指针”的prvalue v转换为类型“指向T2的指针”(其中T1和T2是对象类型，T2的对齐要求不严格于T1)，然后再转换回原始类型，得到的是原始指针值。 --终注】

- Passer By