使用reinterpret_cast访问私有数据

Question

代码似乎可以编译并成功访问私有数据。这是定义良好的行为吗？

#include <iostream>
#include <string>

using std::string;

class foo {
    string private_data = "Hello World";
};

int main()
{
    foo f;
    auto* pprivate_data = reinterpret_cast<string*>(&f);
    std::cout << *pprivate_data << '\n';
}

这个问题有点类似，但我认为它没有回答我的问题。

- Ayxan Haqverdili

---

只要foo是POD，它就应该足够长。 - Kostas

它怎么可能不是100%的工作呢？你为什么还要使用class关键字呢？ - user2039981

@super 当然它在实践中可以正常工作。我想知道它是否在技术上定义良好，你可以看到它是由“语言律师”标签打上的。 - Ayxan Haqverdili

这种情况什么时候会发生？ - user2039981

如果foo包含多个成员，我几乎可以确定将完整的foo实例重新解释为其成员类型之一时，会违反严格别名规则。 - Fareanor

我想那个给负评的人没有理解这个问题，语言律师的问题并不一定是关于实际编写代码的，因为我认为这个问题并没有什么问题。 - 463035818_is_not_a_number

Answer 1

不，这种行为是未定义的。为了使这样的 reinterpret_cast 有意义，这两个对象必须是可互换的。

[basic.compound]

4 如果两个对象a和b是指针可互换的，那么：

• 它们是同一个对象；或者
• 一个是联合体对象，另一个是该对象的非静态数据成员（[class.union]）；或者
• 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；如果对象没有非静态数据成员，则是该对象的任何基类子对象（[class.mem]）；或者
• 存在一个对象c，使得a和c是指针可互换的，并且c和b是指针可互换的。

如果两个对象是指针可互换的，则它们具有相同的地址，可以通过reinterpret_­cast从一个指针获得另一个指针。[注意：数组对象及其第一个元素虽然具有相同的地址，但它们不是指针可互换的。—end note]

唯一可能适用的是有关标准布局类的那个弹药。 如果我们查看该定义，我们会发现，

“[class.prop]”
“{{link1：3}}如果一个类S符合以下条件，则为标准布局类：”

• 没有非静态数据成员是非标准布局类（或此类类型的数组）或引用，
• [...]

这里有一个直接的问题。 对象的任何非静态数据成员本身必须是标准布局。 无法保证std :: string是标准布局类型。 因此，行为未定义。

- StoryTeller - Unslander Monica

---

一定要喜欢未定义行为！ - user2039981

@Ayxan - 那么如果我们查阅**[class.prop]**中的列表，foo就是标准布局。所以转换变得明确定义了。 - StoryTeller - Unslander Monica

@Evg - 这是无关紧要的。您始终可以通过合法获得的指针修改private_data。它是f的子对象并不重要。问题在于指针获取的方式是否合法。 - StoryTeller - Unslander Monica

@Evg - 不，我们正在访问 f.private_data。 - StoryTeller - Unslander Monica

@Fareanor - 是的，我们在这里试图进行转换。标准说我们可以获得正确的地址，就像使用&f.private_data来获取地址一样。 - StoryTeller - Unslander Monica

Answer 2

是的，在条件为std::string（因此class foo）是标准布局时，这是可以的（在libstdc++、libc++和MSVC STL中它是）。根据class.mem/26：

如果一个标准布局类对象有任何非静态数据成员，则其地址与其第一个非静态数据成员的地址相同[...] [注意：对象及其第一个子对象是指针互换的（[basic.compound]，[expr.static.cast]）。—注解]

和basic.compund/4：

如果两个对象a和b是“指针可互转的”，那么：

• 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[...]

如果两个对象是指针可互转的，则它们具有相同的地址，并且可以通过reinterpret_­cast从一个指针获得另一个指针。

显然，这仅适用于第一个非静态数据成员。

- ecatmur