reinterpret_cast、char*和未定义的行为

Question

在什么情况下，reinterpret_cast对char* (或char[N])是未定义的行为，以及何时定义了行为？我应该用什么经验法则来回答这个问题？

正如我们从this question中学到的，以下是未定义的行为：

alignas(int) char data[sizeof(int)];
int *myInt = new (data) int;           // OK
*myInt = 34;                           // OK
int i = *reinterpret_cast<int*>(data); // <== UB! have to use std::launder

但是，在什么时候，我们可以对一个reinterpret_cast数组执行一个char，并且它不是一个未定义的行为？以下是几个简单的例子：

1. 没有new，只有reinterpret_cast： (Int) char datasizeof(int)；*reinterpret_cast(data) = 42；//第一个强制写入UB？int I=*reinterpret_cast(数据)；//读取如何？*reinterpret_cast(数据)= 4；//第二次写入如何？int j=*reinterpret_cast(数据)；//或二读？ int的生存期什么时候开始？这是与data的声明吗？如果是，data的生存期什么时候结束？
2. 如果data是一个指针呢？ data_ptr =新字符(Int)；*reinterpret_cast(data_ptr) = 4；//这是UB吗？int I= *reinterpret_cast(data_ptr)；//读取如何？
3. 如果我只是在线路上接收结构，并希望根据第一个字节的情况有条件地转换它们，该怎么办？ //用于处理这些类型的成员的句柄函数(MsgType1 const& )；void句柄(MsgTypeF const& )；char buffer100；：recv(some_socket，buffer，100)开关(缓冲区){ case '1'：句柄(*reinterpret_cast(缓冲区))；//是否是UB？中断；大小写'F'：句柄(*reinterpret_cast(缓冲区))；中断；// .}

这些案件中有UB吗？都是吗？这个问题的答案在C++11和C++1z之间有变化吗？

Answer 1

这里有两个规则：

1. rule/8，也就是严格的混叠规则:简单地说，您不能通过指针/引用访问一个对象。
2. type /8:简单地说，如果您为不同类型的对象重用存储，那么如果不首先对旧对象进行清洗，就不能使用指向旧对象的指针。

这些规则是区分“内存位置”或“存储区域”和“对象”的重要部分。

您的所有代码示例都会遇到相同的问题:它们不是您将它们投射到的对象：

对齐(Int)焦炭数据；

它创建类型为char[sizeof(int)]的对象。该对象不是int。因此，您可能不会像访问它一样访问它。不管是读还是写，你还是激怒了UB。

同样：

char* data_ptr =新字符(Int)；

它还创建了一个类型为char[sizeof(int)]的对象。

char buffer100；

这将创建一个类型为char[100]的对象。该对象既不是MsgType1也不是MsgTypeF。因此，您不能访问它，就好像它是。

请注意，这里的UB是作为Msg*类型之一访问缓冲区的时候，而不是在检查第一个字节时。如果您的所有Msg*类型都是微不足道的可复制的，那么完全可以接受读取第一个字节，然后将缓冲区复制到适当类型的对象中。

switch (buffer[0]) {
case '1':
    {
        MsgType1 msg;
        memcpy(&msg, buffer, sizeof(MsgType1));
        handle(msg);
    }
    break;
case 'F':
    {
        MsgTypeF msg;
        memcpy(&msg, buffer, sizeof(MsgTypeF));
        handle(msg);
    }
    break;
// ...
}

请注意，我们讨论的是语言状态将是什么未定义的行为。编译器可以很好地处理其中的任何一个。

这个问题的答案在C++11和C++1z之间有变化吗？

自从C++11 (特别是basic.life)以来，已经有了一些重要的规则澄清。但规则背后的意图并没有改变。