你能通过 char* 访问任何对象的对象表示吗？

Question

我偶然发现了一个reddit 线程，用户在其中发现了 C++ 标准的一个有趣细节。该线程没有产生太多建设性的讨论，因此我将在这里复述我对问题的理解：

• OP 希望以memcpy符合标准的方式重新实现
• 他们试图通过 using 来做到reinterpret_cast<char*>(&foo)这一点，这是严格别名限制的允许例外，其中允许重新解释 aschar访问对象的“对象表示”。
• [expr.reinterpret.cast]说这样做会导致static_­cast<cv T*>(static_­cast<cv void*>(v))，所以reinterpret_cast在这种情况下等价于 static_cast'ing first tovoid *然后 to char *。
• [expr.static.cast]结合[basic.compound]

“指向 cv1 void 的指针”类型的纯右值可以转换为“指向 cv2 T 的指针”类型的纯右值，其中 T 是对象类型，而 cv2 与 cv1 具有相同的 cv 限定，或比 cv1 更高的 cv 限定。[...]如果原始指针值指向对象 a，并且存在 T 类型的对象 b（忽略 cv 限定）与 a 的指针可相互转换，则结果是指向 b 的指针。[...] [强调我的]

现在考虑以下联合类：

union Foo{
    char c;
    int i;
};
// the OP has used union, but iiuc,
// it can also be a struct for the problem to arise.

从而OP已经到该重新解释一个结论Foo*作为char*在这种情况下产生一个指针指向联合的第一个字符部件（或它的对象表示），而不是向联合本身的对象表示，即，其指向仅与会员。虽然表面上看起来是一样的，并且对应于相同的内存地址，但标准似乎区分了指针的“值”与其对应的地址，因为在抽象的 C++ 机器上，指针属于某个对象只要。将它增加到该对象之外（与数组的 end() 相比）是未定义的行为。

因此，OP 认为，如果标准强制将char*与对象的第一个成员关联，而不是与整个联合对象的对象表示相关联，则在一次增量后取消引用它是 UB，这允许编译器进行优化，就好像结果不可能一样char*永远访问 int 成员的以下字节。这意味着不可能合法地访问与char成员指针可互转换的类对象的完整对象表示。

同样的，如果我理解正确，如果“联合”被简单地替换为“结构”，但我从原始线程中获取了这个例子。

你怎么认为？这是标准缺陷吗？这是一种误解吗？

Answer 1

这个视频@KonradRudolph 在评论（现在是聊天）中链接的

在 40 分钟左右，ISO C++ 委员会成员 Timur Doumler 讨论了访问字节表示的可能性。总结是，任何访问字节表示的尝试，除了memcpyUB 之外，任何访问字节表示的尝试。如果不使用 UB，OP 中的情况就不会出现，因为使用指向对象（如数组）的指针或对其进行任何指针算术的行为本身就是 UB，因为这些操作仅在处理时才明确定义就抽象机而言，实际的数组对象。

此外，虽然将指针重新解释为 achar*本身并不违反别名规则，但从技术上讲并不能保证结果char*将指向对象的第一个字节。

访问字节表示的唯一合法方法是将memcpy对象转换为 char 数组。这意味着重新实现memcpy是不可能的。

Timur Doumler 还将此描述为措辞缺陷，有望在 C++23 中修复，并提出了一篇论文，提出了对此的修复方案。