第二次 reinterpret_cast 和严格别名答案

【问题标题】：Second reinterpret_cast and strict aliasing第二次 reinterpret_cast 和严格别名
【发布时间】：2020-03-31 14:12:22
【问题描述】：

这是一个 classical example 的严格别名违规：

std::uint32_t foo(float* f, std::uint32_t* i) {
    *i = 1;
    *f = 2;
    return *i;
}

int main() {
    std::uint32_t i = 3;
    foo(reinterpret_cast<float*>(&i), &i);
}

但假设我们添加第二个reinterpret_cast：

static_assert(alignof(float) == alignof(std::uint32_t));

std::uint32_t foo(float* f, std::uint32_t* i) {
    *i = 1;
    *reinterpret_cast<std::uint32_t*>(f) = 2;
    return *i;
}

int main() {
    std::uint32_t i = 3;
    std::uint32_t j = foo(reinterpret_cast<float*>(&i), &i);
    assert(j == 2);
}

这段代码是否正确（不调用未定义的行为）？

标准[expr.reinterpret.cast]reads:

注意：将“指向T1”的指针类型转换为“指向T2”的指针类型（其中T1 和T2 是对象类型，而T2 的对齐要求不存在比T1) 更严格，并返回其原始类型会产生原始指针值。

我们使用std::uint32_t*类型的原始指针值来访问std::uint32_t类型的左值。

开启优化时，GCC 和 Clang 都会生成正确的汇编代码：

foo(float*, unsigned int*):
        mov     dword ptr [rsi], 1
        mov     dword ptr [rdi], 2
        mov     eax, dword ptr [rsi]
        ret

【问题讨论】：

哦，该死的。我没有阅读所有代码。这实际上没问题，因为f 实际上确实指向uint32_t。评论已撤消。

标签： c++ language-lawyer reinterpret-cast strict-aliasing

【解决方案1】：

这是相应的规范文本，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 是对象类型，而 cv2 与 cv-qualification 相同或大于 cv-qualification ，简历1。如果原始指针值表示内存中一个字节的地址A，并且A不满足T的对齐要求，那么得到的指针值是未指定的。否则，如果原始指针值指向对象 a，并且存在与 a 指针可互转换的类型为 T（忽略 cv 限定）的对象 b，则结果是指向 b 的指针。否则，指针值不会因转换而改变。

（此文相关，因为本例中reinterpret_cast<T*>的结果为static_cast<T *>(static_cast<void *>(...))）

因此，如果满足对齐要求，则所有转换（uint32_t->float 和 float->uint32_t）都不会更改指针值。并且您访问对象作为它的类型。这里没有UB。

【讨论】：