将创建数组对象的 malloc 操作返回的指针值转换为元素类型会导致 UB？

Question

struct T{
   T(){}
   ~T(){}
};
int main(){
  auto ptr = (T*)malloc(sizeof(T)*10); // #1
  ptr++;
}

由于T不是隐式生命周期类，因此该操作malloc永远不能隐式创建类类型 的对象T。在此示例中，我们打算ptr指向具有 10 个类型元素的数组对象的初始元素T。基于这个假设，ptr++就会有一个有效的行为。根据 [intro.object] p11

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已创建对象的指针。这些操作选择隐式创建的对象之一，其地址是存储区域起始地址，并生成指向该对象的指针值（如果该值会导致程序具有已定义的行为）。

由于任何类型的数组都是隐式生命周期类型，因此malloc(sizeof(T)*10)可以隐式创建一个包含 10 个元素的数组对象并启动该数组对象的生命周期。由于初始元素和包含数组不可进行指针互换，ptr因此永远不能指向该数组的初始元素。相反，该操作只能产生数组对象的指针值。有了这个假设，我们应该分成#1几个步骤来使程序良构？

  // produce the pointer value points to array object of 10 T
  auto arrPtr = (T(*)[10])malloc(sizeof(T)*10);  
                                                 
  // decay the array 
  auto ptr =*arrPtr; // use array-to-pointer conversion 

  ptr++; 

我们应该先获取数组指针并使用该指针值来获取初始元素指针值？这些过程对于使程序格式良好是必要的吗？

Answer 1

我认为第一个例子完全有效，但毫无意义。malloc 返回的数组尚未初始化任何对象。虽然我认为您可以形成指向每个对象的指针并迭代数组，但您不得在任何时候取消引用该指针。

在我看来，这里唯一缺少的是使用放置新或construct_at，如下所示：

struct T{
   T(){}
   ~T(){}
};
int main(){
  constexpr int SIZE = 10;
  auto ptr = (T*)malloc(sizeof(T)*SIZE); // #1
  for (auto p = ptr; p < &ptr[SIZE]; ++p) {
    std::construct_at(p);
  }
  ptr++;
}

数组中的对象只能使用指针运算或者数组索引来构造ptr[i]，相当于*(ptr + i)，所以与 基本相同p++。如果您的初始示例是 UB，那么上面的 constructor_at 调用也将是 UB。解决这个问题的唯一方法是将 malloc 的返回视为字节数组，并在每个 sizeof(T) 字节处调用 construct_。我希望在构建之后，可以将数组转换为正确的类型。但这是愚蠢的，我希望没有人能找到一个必要的理由。

总的来说，如果你的例子是非法的，那么你将如何设法实现 new() 本身？