将结构别名为其第一个成员是否是严格的别名违规？

Question

示例代码：

struct S { int x; };

int func()
{
     S s{2};
     return (int &)s;    // Equivalent to *reinterpret_cast<int *>(&s)
}

我认为这是常见的，并且被认为是可以接受的。该标准确实保证结构中没有初始填充。但是这种情况并没有在严格的别名规则（C++17 [basic.lval]/11）中列出：

如果程序尝试通过非下列类型之一的左值访问对象的存储值，则行为未定义：

• (11.1) 对象的动态类型，
• (11.2) 对象动态类型的 cv 限定版本，
• (11.3) 与对象的动态类型类似（如 7.5 中定义）的类型，
• (11.4) 对象的动态类型对应的有符号或无符号类型，
• (11.5) 有符号或无符号类型，对应于对象动态类型的 cv 限定版本，
• (11.6) 一种聚合或联合类型，在其元素或非静态数据成员（递归地包括子聚合或包含联合的元素或非静态数据成员）中包含上述类型之一，李>
• (11.7) 是对象动态类型的（可能是 cv 限定的）基类类型，
• (11.8) char、unsigned char 或 std::byte 类型。

似乎很明显，对象s 正在访问其存储的值。

项目符号中列出的类型是进行访问的泛左值的类型，而不是正在访问的对象的类型。在这段代码中，glvalue 类型是int，它不是聚合或联合类型，排除了 11.6。

我的问题是：这段代码是否正确，如果正确，在上述哪个要点下是允许的？

Answer 1

演员的行为归结为 [expr.static.cast]/13;

“指向cv1 void的指针”类型的纯右值可以转换为“指向cv2 T的指针”类型的纯右值，其中T是一个对象类型，并且 cv2 的 cv 限定与 cv1 相同或更高。如果是原 指针值表示内存中一个字节的地址A，而A不满足T的对齐要求，则生成的指针值未指定。 否则，如果原始指针值指向对象a，并且存在类型为T（忽略cv-qualification）的对象b，则pointer-interconvertible与a，结果是指向b的指针。否则，指针值通过转换保持不变。

pointer-interconvertible的定义是：

如果满足以下条件，两个对象 a 和 b 是指针可互转换的：

• 它们是同一个对象，或者
• 一个是联合对象，另一个是该对象的非静态数据成员，或者
• 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，则该对象的第一个基类子对象，或
• 存在一个对象 c，使得 a 和 c 可以指针互转换，而 c 和 b 可以指针互转换。

所以在原始代码中，s 和 s.x 是 pointer-interconvertible，因此 (int &)s 实际上指定了 s.x。

所以，在严格的别名规则中，正在访问其存储值的对象是s.x而不是s，所以没有问题，代码是正确的。

Answer 2

我认为是expr.reinterpret.cast#11

类型 T1 的泛左值表达式，指定对象 x，可以强制转换 如果是“指向 T1 的指针”类型的表达式，则指向类型 “对 T2 的引用” 可以使用 a 显式转换为类型“指向 T2 的指针” reinterpret_cast。结果是*reinterpret_­cast<T2 *>(p) 其中p 是指向x 的指针，类型为“指向T1 的指针”。没有暂时的 创建，没有复制，也没有构造函数或 转换函数称为 ^[1]。

_{[1] 当结果引用与源glvalue相同的对象时，这有时被称为类型双关}

支持@M.M 关于pointer-incovertible的回答：

来自cppreference：

假设满足对齐要求，reinterpret_cast 可以 不在少数限制情况之外更改指针的值 处理 pointer-interconvertible 对象：

struct S { int a; } s;


int* p = reinterpret_cast<int*>(&s); // value of p is "pointer to s.a" because s.a
                                     // and s are pointer-interconvertible
*p = 2; // s.a is also 2

对

struct S { int a; };

S s{2};
int i = (int &)s;    // Equivalent to *reinterpret_cast<int *>(&s)
                     // i doesn't change S.a;

Answer 3

所引用的规则源自 C89 中的类似规则，除非有人扩展了“by”一词的含义，或者在编写 C89 时认识到“未定义行为”的含义，否则该规则将是荒谬的。给定 struct S {unsigned dat[10];}s; 之类的东西，s.dat[1]++; 语句显然会修改 s 的存储值，但该表达式中唯一的 struct S 类型的左值仅用于生成 unsigned* 类型的值.用于修改任何对象的唯一左值类型为int。

在我看来，有两种相关的方法可以解决这个问题：(1) 认识到标准的作者希望允许一种类型的左值明显地从另一种类型派生的情况，但没有不想纠结于必须考虑什么形式的可见派生的细节，特别是因为编译器需要识别的案例范围会根据他们执行的优化风格和使用它们的任务而有很大差异; (2) 认识到标准的作者没有理由认为，如果每个人都清楚有理由不这样做的话，标准是否真的要求对特定结构进行有效处理是重要的。

我认为委员会成员对于编译器是否给出以下内容没有达成共识：

struct foo {int ct; int *dat;} it;
void test(void)
{
  for (int i=0; i < it.ct; i++)
    it.dat[i] = 0;
}

应该被要求确保例如在it.ct = 1234; it.dat = &it.ct; 之后，对test(); 的调用将使it.ct 归零并且没有其他效果。部分基本原理表明至少有一些委员会成员会期望如此，但是省略任何允许使用成员类型的任意左值访问结构类型对象的规则则表明并非如此。 C 标准从来没有真正解决过这个问题，C++ 标准稍微清理了一些东西，但也没有真正解决它。