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我正在尝试构建一个类模板，它将一堆类型打包在一个适当大的 char 数组中，并允许将数据作为单独的正确类型引用进行访问。现在，根据标准，这可能会导致违反严格别名，从而导致未定义的行为，因为我们正在char[]通过与其不兼容的对象访问数据。具体来说，标准规定：

如果程序尝试通过非下列类型之一的泛左值访问对象的存储值，则行为未定义：

  • 对象的动态类型，
  • 对象的动态类型的 cv 限定版本，
  • 与对象的动态类型类似（如 4.4 中定义）的类型，
  • 与对象的动态类型相对应的有符号或无符号类型，
  • 对应于对象动态类型的 cv 限定版本的有符号或无符号类型，
  • 聚合或联合类型，在其元素或非静态数据成员中包括上述类型之一（递归地包括子聚合或包含联合的元素或非静态数据成员），
  • 一个类型，它是对象的动态类型的（可能是 cv 限定的）基类类型，
  • 一个char或unsigned char类型。

鉴于突出显示的要点的措辞，我提出了以下alias_cast想法：

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
T alias_cast(void *p) {
    typedef typename std::remove_reference<T>::type BaseType;
    union UT {
        BaseType t;
    };
    return reinterpret_cast<UT*>(p)->t;
}

template <typename T, typename U>
class Data {
    union {
        long align_;
        char data_[sizeof(T) + sizeof(U)];
    };
public:
    Data(T t = T(), U u = U()) { first() = t; second() = u; }
    T& first() { return alias_cast<T&>(data_); }
    U& second() { return alias_cast<U&>(data_ + sizeof(T)); }
};


int main() {
    Data<int, unsigned short> test;
    test.first() = 0xdead;
    test.second() = 0xbeef;
    std::cout << test.first() << ", " << test.second() << "\n";
    return 0;
}

（上面的测试代码，尤其是Dataclass只是一个简单的想法演示，所以请不要指出我应该如何使用std::pairor std::tuple。alias_cast模板还应该扩展为处理 cv 限定类型，它只能是安全的在满足对齐要求时使用，但我希望这个片段足以证明这个想法。）

这个技巧消除了 g++ 的警告（使用 编译时g++ -std=c++11 -Wall -Wextra -O2 -fstrict-aliasing -Wstrict-aliasing），并且代码可以工作，但这真的是告诉编译器跳过基于严格别名的优化的有效方法吗？

如果它无效，那么如何在不违反别名规则的情况下实现这样的基于 char 数组的通用存储类？

编辑：用这样alias_cast的简单替换reinterpret_cast：

T& first() { return reinterpret_cast<T&>(*(data_ + 0)); }
U& second() { return reinterpret_cast<U&>(*(data_ + sizeof(T))); }

使用 g++ 编译时会产生以下警告：

aliastest-so-1.cpp：在 'T& Data::first() 的实例化中 [with T = int; U = short unsigned int]': aliastest-so-1.cpp:28:16:
这里需要 aliastest-so-1.cpp:21:58: 警告：取消引用类型双关指针将破坏严格别名规则 [-严格锯齿]

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如果你想坚持严格的一致性，使用联合几乎不是一个好主意，他们在阅读活动成员时有严格的规则（并且只有这个）。尽管必须说实现喜欢使用联合作为可靠行为的挂钩，但也许这就是您所追求的。如果是这种情况，我会听从 Mike Acton 的意见，他写了一篇关于别名规则的好（而且很长）的文章，他确实评论了通过联合进行强制转换。

据我所知，这是您应该如何处理 char 类型的数组作为存储：

// char or unsigned char are both acceptable
alignas(alignof(T)) unsigned char storage[sizeof(T)];
::new (&storage) T;
T* p = static_cast<T*>(static_cast<void*>(&storage));

这被定义为工作的原因是T 这里对象的动态类型。当新的表达式创建T对象时，存储被重用，该操作隐式地结束了对象的生命周期storage（这就像unsigned char一个普通的类型一样发生）。

您仍然可以使用 egstorage[0]来读取对象的字节，因为这是通过类型的 glvalue 读取对象值，这是unsigned char列出的显式异常之一。另一方面，如果storage是不同但仍然微不足道的元素类型，您仍然可以使上述代码段工作，但无法做到storage[0].

使片段有意义的最后一块是指针转换。请注意，这reinterpret_cast不适用于一般情况。T考虑到标准布局（对齐也有额外的限制），它可能是有效的，但如果是这种情况，那么 usingreinterpret_cast将等同于static_casting viavoid就像我做的那样。首先直接使用该表单更有意义，特别是考虑到在通用上下文中经常使用存储。在任何情况下，相互转换void是标准转换之一（具有明确定义的含义），您想要static_cast这些。

如果您完全担心指针转换（我认为这是最薄弱的环节，而不是关于存储重用的论点），那么另一种选择是

T* p = ::new (&storage) T;

如果您想跟踪它，这会在存储中花费一个额外的指针。

我衷心推荐使用std::aligned_storage.

于 2012-06-13T20:02:49.320 回答