是否将指针移动到结构成员 UB？并访问它？

Question

看看这个片段：

struct S {
    float x, y, z;
};

void fn() {
    S s = { 0, 0, 0 };
    float *p = &s.x;
    p += 2;           // 1.
    if constexpr(sizeof(S)==sizeof(float)*3) { // if S has no padding
        float t = *p; // 2.
        s.z = 1;
        float z = *p; // 3.
    }
}

我的问题是：

1. 是p += 2;UB吗？（即，从 fromp移动了两个元素s.x，所以它指向了&s.x+1）
2. 在这里，我们知道S没有填充，是float t = *p;UB？或者它是否定义明确，t应该包含的值s.z？
3. 优化器可以优化对pat 的访问float z = *p;吗？我的意思是，是否允许为z0？（允许编译器看不到p==&s.z吗？）

2. 和 3. 的答案是否不同，如果if constexpr不存在，但我们知道（可能来自编译器文档或以前的经验），没有填充S？

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如果 1. 是 UB（所以 2./3. 毫无意义），那么 2./3. 的答案是什么，如果这样p设置（p在数组的帮助下移动，但除此之外，代码片段是相同的） ?

union U {
    S s;
    float a[3];
};

void fn() {
    U u;
    u.s.x = 0; u.s.y = 0; u.s.z = 0;
    float *p = u.a;  // here, p==&u.s.x as well
    if constexpr(sizeof(S)==sizeof(float)*3) { // if S has no padding
        p += 2;
        float t = *p; // 2.
        u.s.z = 1;
        float z = *p; // 3.
    }
}

Answer 1

声明p += 2本身就是未定义的行为；p是一个指向浮点对象的指针，它指向单个浮点对象（而不是那些对象的数组）。尽管单个对象 - 在指针算术方面 - 被视为由一个元素组成的数组（例如，请参阅此在线标准草案的5.7 (4)），但您将指针移到末尾两处。这个指针算术本身已经是 UB（参见5.7 (5)），无论您当时是否取消引用指针。

请注意 - 即使您声明 type 的三个连续成员float，并且即使编译器没有在它们之间引入填充，第一个成员和完整的 struct-object 都不会成为标准的数组。即使我们想到的内存布局可能与我们喜欢访问它的情况“兼容”，编译器也不会强制允许/翻译包含我们想到的任何意义上的 UB 的语句。

所以直接回答你的问题：

(1) 是 UB 由于无效的指针运算

(2) 由于访问了无效指针而成为 UB

(3) 是 UB 由于访问无效指针，因此任何关于编译器是否可以优化的问题都无法回答/没有意义。

关于union-construct，在 C++ 中（与在 C 中不同），访问联合的成员而不是先前编写的成员又是 UB。因此，编写 union members然后a再次访问 union member会导致 UB（尽管现在由于不同的原因）。