使用 reinterpret_cast 访问类似“struct {double, int}”的对象的对象

Question

这里已经广泛讨论了通过reinterpret_casted 指针和相关的UB 访问对象。阅读问题和答案后，我仍然不确定是否正确使用 POD 类型的未初始化内存。

假设我想“模仿”

struct { double d; int i; };

通过手动为数据成员分配内存并假设（为简单起见）i 之前不需要填充。

现在，我这样做：

// (V1)
auto buff = reinterpret_cast<char*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = reinterpret_cast<double*>(buff);
auto i_ptr = reinterpret_cast<int*>(buff + sizeof(double));
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

第一个问题：这段代码有效吗？

我可以使用展示位置new：

// (V2)
auto buff = reinterpret_cast<char*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = new(buff) double;
auto i_ptr = new(buff + sizeof(double)) int;
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

我必须这样做吗？放置 new 在这里似乎是多余的，因为 POD 类型的默认初始化是无操作（空初始化），并且 [basic.life] 读取：

T 类型对象的生命周期开始于：

(1.1) 获得了T 类型的正确对齐和大小的存储，

(1.2)如果对象有非空初始化，则其初始化完成，...

这是否表示 *d_ptr 和 *i_ptr 对象的生命周期在我为它们分配内存后开始？

第二个问题：我可以使用类型double*（或一些T*）作为buff，即

// (V3)
auto buff = reinterpret_cast<double*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = reinterpret_cast<double*>(buff);
auto i_ptr = reinterpret_cast<int*>(buff + 1);
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

或

// (V4)
auto buff = reinterpret_cast<double*>(std::malloc(sizeof(double) + sizeof(int)));
auto d_ptr = new(buff) double;
auto i_ptr = new(buff + 1) int;
*d_ptr = 20.19;
*i_ptr = 2019;

?

Answer 1

作为 Barry states better here，1&3 是 UB。简短版本：这些代码中没有一个包含任何the syntax needed to create an object。而且您无法访问不存在的对象的值。

那么，2 和 4 有效吗？

#2 当且仅当alignof(double) >= alignof(int) 有效。但它仅在创建double 后跟int 的意义上有效。它不以任何方式“模仿”那个无名的结构。结构可以有任意数量的填充，而在这种情况下，int 将紧跟double。

严格来说，#4 不起作用。 buff 实际上并不指向新创建的double。因此，指针算术cannot be used to get the byte after that object。所以做指针运算会产生未定义的行为。

现在，我们正在谈论 C++严格来说。很可能，每个编译器都会执行所有这四个（上面关于对齐的警告）。

Answer 2

当我查看公开可用的草稿时，http://eel.is/c++draft/basic.life 的报价不同，它说

类型 T 的对象的生命周期开始于：

(1.1) 获得类型 T 具有适当对齐和大小的存储，并且

（1.2）它的初始化（如果有的话）已经完成（包括空初始化）（[dcl.init]），

由于没有 vacuous 初始化 double 变量，我认为代码不正确并调用未定义的行为。