在 C++20 中，我们可以将 header 和 data 对象打包在一起，并通过偏移量从 header 中访问数据吗？答案

【问题标题】：In C++20, can we pack together header and data objects and access the data from the header by offset?在 C++20 中，我们可以将 header 和 data 对象打包在一起，并通过偏移量从 header 中访问数据吗？
【发布时间】：2021-10-14 17:28:47
【问题描述】：

struct header
{
    int a1;
    int a2;
    // ...;

    std::byte * get_data_bytes()
    {
        return align_up<data>( // make sure alignment requirements are met
                    reinterpret_cast<std::byte *>(this) + sizeof(*this)); 
       // maybe std::launder around the reinterpret_cast (only) is needed?
    }

    data & get_data()
    {
        return *std::launder(reinterpret_cast<data *>(get_data_bytes()));
    }

    void use_data()
    {
        get_data().use();
    }
};

void example()
{
    alignas(header) std::byte storage[/* plenty of space*/]; 
    
    auto h = new (storage) header;
    new (h->get_data_bytes()) data;
    
    h->use_data(); // Does this eventually cause a UB?
}

如果没有 UB，这可能吗？如果没有，是否有替代方案？要求是数据不是标头的子对象，并且有没有指向标头数据的指针/引用，以避免额外的间接性。这也许可以通过灵活的空数组实现，但我不要认为这些在标准中。

【问题讨论】：

你能再澄清一下data的类型要求吗？我认为你在这里绕着混叠违规跳舞。
@AndyG 我故意没有提供data 的任何细节，但可以从一个包含几个整数的普通类型开始讨论。
这叫“射自己的脚”。获取结构的起始地址，添加您要访问它的项目的偏移量，使用 C-Style cast 将地址（指针）转换为您想要的。完全未定义的行为。请记住，您可能必须在偏移计算中考虑填充。
@CppNerd13373 AFAIK 不，问题是在一般意义上您正在尝试进行结构破解。问题是编译器可以通过sizeof 在数组中放置比对象实际需要的更多的填充。这意味着即使该对象有一个sizeof 12，它也可以对齐到 16 等。如果你好奇的话，上面有一个 CPPCon 视频
@ThomasMatthews 尽管这个例子看起来有人想在脚上开枪，但在与低级代码或硬件通信时，几乎所有地方都必须这样做。它通常被布置为最后带有空数组的结构，以便能够在您的标头对象之后访问任意数据。如果您确定这是未定义的行为，请您解释原因并提供替代方法吗？

标签： c++ c++20

【解决方案1】：

唯一甚至假设是 UB 是 reinterpret_cast<std::byte *>(this) 是否是指向数组中某个字节的指针。但是你可以std::launder它来确保它是。确实，对字节指针进行清洗非常有用，您可以为它们创建模板函数：

template<typename T>
std::byte *to_byte_ptr(T *ptr)
{
  return std::launder(reinterpret_cast<std::byte*>(ptr));
}

template<typename T>
T *from_byte_ptr(std::byte *ptr)
{
  return std::launder(reinterpret_cast<T*>(ptr));
}

其他一切都很好。您在字节数组提供的存储空间中创建了header，因此可以通过launder 访问std::byte 对象。由于这些std::byte 对象位于数组中，因此您可以对它们进行指针运算。虽然那些std::byte 对象实际上并不指向它们为其提供存储的对象，但如果您有一个与所需对象具有相同地址的指针，您可以launder 它检索指向该对象的指针。

【讨论】：

这正是我的想法，所以感谢您给我这个见解。不管这听起来多么直观，我在标准中找不到信心告诉我在清洗后清洗 this 或 this+1 确实指向 std::byte 数组的数组元素。此外，在阅读清洗要求时，我对可达性要求感到困惑。你能指导我完成吗？