绕过一个类的构造函数是合法的还是会导致未定义的行为？

Question

请考虑以下示例代码:

class C
{
public:
    int* x;
};

void f()
{
    C* c = static_cast<C*>(malloc(sizeof(C)));
    c->x = nullptr; // <-- here
}

如果由于任何原因我不得不忍受未初始化的内存(当然,如果可能的话,我会打电话new C()),我仍然可以调用放置构造函数.但是,如果我省略这一点,如上所述,并手动初始化每个成员变量,是否会导致未定义的行为？即绕过构造函数本身未定义的行为,或者用类外的一些等效代码替换调用它是否合法？

(通过另一个完全不同的问题遇到这个问题;要求好奇......)

Answer 1

它现在是合法的，并且从 C++98 开始追溯！

事实上，C++ 20 之前的 C++ 规范措辞将对象定义为（例如 C++17 措辞，[intro.object]）：

C++ 程序中的构造创建、销毁、引用、访问和操作对象。对象由定义 (6.1)、new 表达式 (8.5.2.4)、隐式更改联合的活动成员 (12.3) 或创建临时对象 (7.4, 15.2) 创建。

没有提到使用 malloc 分配创建对象的可能性。使其成为事实上的未定义行为。

然后它被视为一个问题，这个问题后来由https://wg21.link/P0593R6解决，并被接受为自 C++98 以来所有 C++ 版本的 DR，然后添加到 C++20 规范中，新的措辞：

[介绍对象]

1. C++ 程序中的构造创建、销毁、引用、访问和操作对象。一个对象是由一个定义、一个新表达式、一个隐式创建对象的操作创建的（见下文） ......

...

11. 此外，在指定的存储区域内隐式创建对象之后，一些操作被描述为生成指向合适的创建对象的指针。这些操作选择一个隐式创建的对象，其地址是存储区域的起始地址，并产生一个指向该对象的指针值，如果该值将导致程序具有定义的行为。如果没有这样的指针值会给程序定义的行为，则程序的行为是未定义的。如果多个这样的指针值会给程序定义的行为，则未指定产生哪个这样的指针值。

C++20 规范中给出的示例是：

#include <cstdlib>
struct X { int a, b; };
X *make_x() {
   // The call to std?::?malloc implicitly creates an object of type X
   // and its subobjects a and b, and returns a pointer to that X object
   // (or an object that is pointer-interconvertible ([basic.compound]) with it), 
   // in order to give the subsequent class member access operations   
   // defined behavior. 
   X *p = (X*)std::malloc(sizeof(struct X));
   p->a = 1;   
   p->b = 2;
   return p;
}

Answer 2

没有生物C,所以假装有一个会导致未定义的行为.

在委员会的奥卢会议上通过的P0137R1通过如下定义对象来明确这一点([intro.object]/1):

一个目的是通过一个定义创建([basic.def]),通过一个新的表达式([expr.new])中,当隐式地改变联合的活性件([class.union]),或者当一个临时对象创建([conv.rval],[class.temporary]).

reinterpret_cast<C*>(malloc(sizeof(C))) 不是这些.

另请参阅此std-proposal主题,其中一个非常类似的例子来自Richard Smith(修正了错字):

struct TrivialThing { int a, b, c; };
TrivialThing *p = reinterpret_cast<TrivialThing*>(malloc(sizeof(TrivialThing))); 
p->a = 0; // UB, no object of type TrivialThing here

[basic.life]/1引用仅在首先创建对象时适用.请注意,"简单"或"空白"(在CWG1751完成术语更改之后)初始化,因为该术语在[basic.life]/1中使用,是对象的属性,而不是类型,因此"有一个对象,因为它的初始化是空的/平凡的"是倒退的.