C++ 我认为我的工会可能会产生未定义的行为

Question

我使用联合来表示 rgb 像素数据，因此可以将其作为uint8_t 的连续数组或作为单个 rgb 元素进行访问。 （我认为这可能是工会的少数用途之一。）

类似这样的：

union PixelRGB
{
    uint8_t array[3];
    struct rgb
    {
        uint8_t b;
        uint8_t g;
        uint8_t r;
    };
};

我实际上是从网上的其他地方找到这段代码的，这表明这是一种潜在的用途。

几分钟前我问了一个关于另一个问题的问题，但被告知我的工会可能会产生 UB。

我已经阅读了this，它似乎表明如果我从一个不是最后一个要写入的成员中读取，那么结果是 UB...

我的问题是为什么？

我的假设（也许是错误的？）是在内存中联合将被表示为：

b = array[0]
g = array[1]
r = array[2]

即;这些变量中的每一个都在内存中占用完全相同的字节（空间/位置/地址），因此我假设该行

g = 0xff;

会将array[1] 的值更改为0xff。

我错了吗？为什么？

为了论证：C++ 14

重复的问题不是重复的：链接的问题询问联合内的两个结构是否是 UB - 不是我在这里问的。

Answer 1

我已经通读了这个，它似乎确实表明如果我从一个不是最后一个要写入的成员中读取，那么结果是 UB...

我的问题是为什么？

因为标准是这么说的¹。该标准有时会强加给我们（C++ 开发人员）的规则，这些规则允许实现（编译器）忽略边缘情况并允许他们针对名义情况进行优化。就是这样的规矩。

某些编译器可能会构建一个按您预期工作的二进制文件。有些可能会产生崩溃的可执行文件。有些人可能会做任何介于两者之间或看似随机的事情。 未定义的行为是未定义的²。

---

¹⁾

[class.union]/1

在联合中，如果非静态数据成员的名称引用其生命周期已经开始但尚未结束的对象 ([basic.life])，则它是活动的。 union 类型的对象的非静态数据成员在任何时候最多可以有一个是活动的，即任何时候最多可以将一个非静态数据成员的值存储在一个 union 中。

和

[basic.life]/7

类似地，在对象的生命周期开始之前但在对象将占用的存储空间分配之后，或者在对象的生命周期结束之后并且在对象占用的存储空间被重用或释放之前，任何glvalue可以使用指代原始对象的那个，但只能以有限的方式使用。 [...] 如果：

程序有未定义的行为

• glvalue 用于访问对象，或
• [...]

为了便于人类解析，使用以下上下文：

union { unsigned a; char b[sizeof(unsigned)]; } u;
u.a = 0;       // (1)
(void) u.b[0]; // (2) UB

在线标记为(1)，u.a 现在是u 的活跃成员。根据[class.union]/1，由于联合中只有一个非静态成员可以同时处于活动状态，u.b不处于活动状态。

这意味着在标记为(2) 的行上，我们访问一个对象的值，该对象的生命周期尚未开始或已经结束，其方式使其行为未定义[basic.life]/7。

---

²⁾

[defns.undefined]

未定义的行为
本文档没有要求的行为

Answer 2

这是未定义的行为，在标准中明确如此。您不能在一个中编写联合并在另一个中读取（期望适用）并在 C++ 中获得定义的行为。

但是，它也适用于您可能遇到的任何编译器，如果您使用 RGB 值和像素进行处理，您的代码很可能与平台相关联，因此我的建议是不要担心。

Answer 3

显然，该假设可能取决于编译器。因此，我发现这是一种替代解决方案：

class PixelRGB
{

    public:

    unsigned char array[3];
    unsigned char &r;
    unsigned char &g;
    unsigned char &b;

    PixelRGB()
        : r{array[2]}
        , g{array[1]}
        , b{array[0]}
    {
    }
}

您可能需要注意您的字节顺序。如此明显的解决方案。它本质上是一个软件联盟。缺点是这个结构使用了更多的内存（除非编译器可以以某种方式优化引用？）——但这不是问题。将数据存储为unsigned char[]，然后仅将其用于操作，这是我的预期目的。