UB解引用联合数组时

Question

以下哪些是不确定的行为：

template <class T> struct Struct { T t; };

template <class T> union Union { T t; };

template <class T> void function() {
  Struct aS[10];
  Union aU[10];

  // do something with aS[9].t and aU[9].t including initialization

  T *aSP = reinterpret_cast<T *>(aS);
  T *aUP = reinterpret_cast<T *>(aU);

  // so here is this undefined behaviour?
  T valueS = aSP[9];
  // use valueS in whatever way

  // so here is this undefined behaviour?
  T valueU = aUP[9];
  // use valueU in whatever way

  // now is accessing aS[9].t or aU[9].t now UB?
}

是的，最近3个操作中的哪个是UB？

（我的推理：我不知道该结构，是否有任何要求使其大小与单个元素相同，但是AFAIK联合必须与该元素具有相同的大小。对齐要求我没有对于工会知道，但我猜它是相同的。对于结构我不知道，就工会而言，我猜它不是UB，但正如我所说，我真的不确定。我实际上不知道的结构）

Answer 1

tl; dr：上面代码中的最后两个语句将始终调用未定义的行为，只需将指向联合的指针转换为指向其成员类型之一的指针，通常就可以了，因为它实际上并没有做任何事情（最糟糕的情况是未指定） ，但绝不会出现不确定的行为；请注意：我们只是在谈论演员本身，使用演员的结果访问对象是一个完全不同的故事）。

根据T最终的结果，在这种情况下，Struct<T>可能是标准布局结构[class.prop] / 3

T *aSP = reinterpret_cast<T *>(aS);

将是明确的，因为Struct<T>将指针相互转换的，其第一部件（它是类型的T）[basic.compound] /4.3。以上reinterpret_cast相当于[expr.reinterpret.cast] / 7

T *aSP = static_cast<T *>(static_cast<void *>(aS));

它将调用数组到指针的转换[conv.array]，导致Struct<T>*指向的第一个元素aS。然后将该指针转换为void*（通过[expr.static.cast] / 4和[conv.ptr] / 2），然后T*将其转换为，这可以通过[expr.static.cast] / 13合法：

可以将类型为“指向cv1的 指针void”的prvalue转换为类型为“指向cv2的 指针”的prvalue T，其中T是对象类型，并且cv2是与cv1相同的cv限定或大于cv1的限定。如果原始指针值表示A内存中字节的地址，并且A不满足的对齐要求T，则未指定结果指针值。否则，如果原始指针值指向object a，并且有一个b类型的对象T（忽略cv-qualification）可以与进行指针互换a，则结果是指向的指针b。否则，转换后指针值将保持不变。

同样，

T *aUP = reinterpret_cast<T *>(aU);

如果Union<T>是标准布局的联合，则在C ++ 17中将得到很好的定义，并且看起来在基于当前标准草案的即将发布的C ++版本中通常具有良好的定义，其中联合及其成员之一始终是指针-interconvertible [basic.compound] /4.2

以上所有内容均无关紧要，因为

T valueS = aSP[9];

和

T valueU = aUP[9];

无论如何，都会调用未定义的行为。aSP[9]和aUP[9]（根据定义）分别与*(aSP + 9)和[expr.sub] / 1相同。这些表达式中的指针算术服从[expr.add] / 4*(aUP + 9)

J将具有整数类型的表达式添加到P指针类型的表达式或从指针类型的表达式中减去时，结果的类型为P。

• 如果P计算结果为空指针值并J计算为0，则结果为空指针值。
• 否则，如果P指向具有n个元素x[i]的数组对象的元素，则表达式和（其中值j）在0？i + j？n情况下指向（可能是假设的）元素，而表达式则指向（可能是-假设）元素是否为0？i？j？n。xP + JJ + PJx[i+j]P - Jx[i?j]
• 否则，行为是不确定的。

aSP并且aUP不指向数组的元素。即使aSP并且aUP可以与指针互换T，您也只能访问元素0并计算假设的单元素数组的元素1（但不能访问）的地址…