从std::aligned_union_t获取指向包含的对象的指针

Question

我想使用placement-new在std::aligned_union_t中构造一个任意类型的对象。一旦构造成功，我希望能够取回指向构造的对象的指针，而无需单独存储它。只要我确保将其强制转换为构造的原始类型，通过简单地对std::aligned_union_t执行reinterpret_cast操作是否合法？

下面的代码演示了上面的内容，是合法的吗？要做到这一点，MyStruct应该满足什么类型特征要求呢？例如，它必须是POD吗？

#include <type_traits>
#include <memory>
#include <cstddef>
#include <exception>

struct MyStruct
{
    int value = 0;
};

constexpr size_t c_alignedUnionSize = 10;
std::aligned_union_t<c_alignedUnionSize, std::max_align_t> g_storage;

MyStruct* GetPtr()
{
    return reinterpret_cast<MyStruct*>(std::addressof(g_storage));
}

void Construct()
{
    if (sizeof(MyStruct) > sizeof(g_storage))
    {
        std::terminate();
    }

    auto ptr = new (std::addressof(g_storage)) MyStruct{};
    if (!ptr)
    {
        std::terminate();
    }

    GetPtr()->value = 123;
}

void Destroy()
{
    GetPtr()->~MyStruct();
}

int GetValue()
{
    return GetPtr()->value;
}

int main()
{
    Construct();
    auto value = GetValue();
    Destroy();
    return value;
}

Answer 1

这里的reinterpret_cast应该是安全的。最新的标准草案说：

[expr.reinterpret.cast]

对象指针可以显式转换为不同类型的对象指针。当对象指针类型的prvalue _ v被转换为对象指针类型“指向cv _T的指针”时，结果是static_­cast<cv T*>(static_­cast<cv void*>(v))。注意:将“指向T1的指针”类型的Pr值转换为“指向T2的指针”类型(其中T1和T2是对象类型，其中T2的对齐要求并不比T1的对齐要求更严格)，然后将其转换回其原始类型将生成原始的指针值。- end笔记 

相关问题：

• aligned_storage and strict aliasing

Answer 2

不幸的是，这是标准所禁止的。在C++标准reinterpret_cast中，从一个指向对象a的指针到另一个不同类型的对象b的指针被声明为只有当两个对象是可相互转换的指针时才有效，[basic.compound]/4

两个对象a和b在以下条件下是指针可相互转换的：

• 它们是同一个object，或

• 一个是联合对象，另一个是该对象(class.union)或

的非静态数据成员

• 一个是标准布局类对象，另一个是该对象的第一个非静态数据成员，或者，如果该对象没有非静态数据成员，则是该对象的第一个基类子对象(class.mem)或

存在一个对象c，使得a和c是指针可相互转换的，而c和b是pointer-interconvertible.的(

如果两个对象是指针可相互转换的，那么它们具有相同的地址，并且可以通过reinterpret_­cast从指向另一个对象的指针获取指向另一个对象的指针。 注意:数组对象和它的第一个元素不是指针可相互转换的，即使它们具有相同的地址。- end笔记 

指针具有正确的类型和正确的值(内存地址)并不能使其成为有效的指针。这种令人惊讶的行为的典型例子是：

alignas(int) unsigned char buff[2*sizeof(int)];
auto p1 = new(buff) int{};
auto p2 = new(buff+sizeof(int)) int{};
*(p1+1) = 10;//Undefined behavior
//p1+1 does not point to *p2 even if p1 and p2 have same type and value.

因此，为了符合标准，您必须存储由new返回的指针的值。

我找到了一个很好的解决方案，包括将指针强制转换为整数类型和其他指针类型，这将导致实现定义的行为([expr.reinterpret_cast]/5)：

reinterpret_cast<MyStruct*>(reinterpret_cast<std::uintptr_t>(addressof(g_storage));