将标准布局对象数组转换为元素数组

Question

在 C++ 中，将指向标准布局类型的指针reinterpret_cast指向指向 的任何成员的指针是合法的，可能使用宏。如果只有一名成员，则没有必要，这是合法的： SSoffsetofSoffsetof

struct S {
    int x;
};

static_assert(std::is_standard_layout_v<S>);

void f(S s) {
    // this is legal for standard-layout classes, offsetof the first member is zero
    S *s0 = &s;
    int *x0 = reinterpret_cast<int *>(s0);
}

但现在假设我有一个数组S：

struct S {
    int x;
};

static_assert(std::is_standard_layout_v<S>);

void f(S s) {
    // this is legal for standard-layout classes, offsetof the first member is zero
    S *s0 = &s;
    int *x0 = reinterpret_cast<int *>(s0);
}

我可以合法地让数组衰减为指针

S arr_s[10];

我可以合法地将指针转换为int *：

S *s0 = arr_s;

这是否意味着我可以通过访问整个数组x0？x0索引超过 0合法吗？我很确定答案是否定的，因为S可能有不止一名成员。但是，如果我们将自己限制在只有一个成员的情况S，我可以以某种方式合法地将数组视为S数组int吗？

Answer 1

我可以合法地将指针转换为 int *：

是的。

这是否意味着我可以通过 x0 访问整个数组？索引 x0 超过 0 合法吗？

不需要。您可以通过 形成、取消引用和访问x0+0。您也可以形成x0+1，但它将是对象后一位指针，并且可能不会被取消引用。您无法形成指向任何其他索引的指针。您从强制转换中收到的指向不属于 数组一部分的int*单个对象。这种情况被视为属于一个大小的数组，并且指针算术仅在该数组内部定义。intint1

我很确定答案是否定的，因为 S 可能有不止一名成员。但是，如果我们将自己限制在 S 仅有一个成员的情况下，我是否可以合法地将 S 数组视为 int 数组？

不，类的布局根本没有影响，除了对于非标准布局类，它reinterpret_cast本身不会按预期工作，甚至在索引0或任何指针算术（包括+0）处访问都将是 UB，因为在这种情况reinterpret_cast下甚至不会产生指向该int对象的指针。然后，您将尝试访问与（删除指针的）表达式类型不相似的类型的对象或对其进行指针算术。

目前还没有办法达到你想要的效果。

在 C++ 中，将指向标准布局类型 S 的指针重新解释为指向 S 的任何成员的指针是合法的，可能使用 offsetof 宏。

从技术上来说，目前除了第一个元素之外也是不可能的。但这是标准的缺陷。目前它没有正确指定reinterpret_cast<unsigned char*>应该生成一个指向对象表示的指针（这是唯一offset可以使用的方法）。本规范的细节对于哪些offsetof结构具有 UB 和哪些没有 UB 很重要。这并不简单。

所有这些都是基于标准保证（C++17 或更高版本）。这是否会在实践中给编译器带来问题是另一个问题。在实践中（我认为），只要确保满足所有对齐要求并且大小匹配，您可能就可以很好地使用当前的编译器。请注意，班级中只有一名成员并不能保证后者。最后可能仍然有填充。