将结构转换为数组[重复]

Question

这是一个严格的别名问题，因为编译器会导致任何优化顺序问题。

假设我在struct XMFLOAT3 中有三个公共floats（与this one 不同。）我想转换为float*。这会让我陷入优化问题吗？

XMFLOAT3 foo = {1.0f, 2.0f, 3.0f};
auto bar = &foo.x;

bar[2] += 5.0f;
foo.z += 5.0f;
cout << foo.z;

我假设这将始终打印“13”。但是这段代码呢：

XMFLOAT3 foo = {1.0f, 2.0f, 3.0f};
auto bar = reinterpret_cast<float*>(&foo);

bar[2] += 5.0f;
foo.z += 5.0f;
cout << foo.z;

我相信这是合法的，因为根据http://en.cppreference.com/w/cpp/language/reinterpret_cast#Type_aliasing

T2 是聚合类型或联合类型，它将上述类型之一作为元素或非静态成员（递归地包括子聚合的元素和所包含联合的非静态数据成员）：这使得它可以安全地从结构的第一个成员和联合的元素转换到包含它的结构/联合。

我的理解正确吗？

_{显然这将成为依赖于XMFLOAT3声明的实现。}

Answer 1

完全有效；这与严格的别名无关。

严格的别名规则要求相互别名的指针具有兼容的类型；
显然，float* 与 float* 兼容。

Answer 2

reinterpret_cast 从 XMFLOAT3* 到 float* 是可以的，因为：

9.2 [class.mem] 第 20 段：

如果标准布局类对象有任何非静态数据成员，则其地址与其第一个非静态数据成员的地址相同。否则，其地址与其第一个基类的地址相同 子对象（如果有）。 [ 注意： 因此，标准布局结构对象中可能存在未命名的填充，但不是在其开头，这是实现适当对齐所必需的。 — 尾注 ]

这意味着第一个成员的地址是结构的地址，当您访问*bar 时不涉及别名，因为您通过float 类型的左值访问float，这很好.

但演员表也不需要，相当于第一个版本：

auto bar = &foo.x;

表达式bar[2]只有在结构成员之间没有填充时才可以，或者更准确地说，如果数据成员的布局与数组float[3]相同，在这种情况下为3.9.2 [basic.compound] 第 3 段说没关系：

对象指针类型的有效值表示内存中字节的地址 (1.7) 或空指针 (4.10)。如果 T 类型的对象位于地址 A，则 cv T* 类型的指针其值为 据说地址A 指向该对象，而不管值是如何获得的。

在实践中，没有理由三个相邻的相同类型的非静态数据成员不会以相同的方式布局到一个数组中（我认为 Itanium ABI 保证了这一点），但为了安全起见，您可以添加：

 static_assert(sizeof(XMFLOAT3)==sizeof(float[3]),
     "XMFLOAT3 layout must be compatible with float[3]");

或者偏执，或者如果z之后还有其他成员：

 static_assert(offsetof(XMFLOAT3, y)==sizeof(float)
               && offsetof(XMFLOAT3, z)==sizeof(float)*2,
     "XMFLOAT3 layout must be compatible with float[3]");

显然这将成为依赖于 XMFLOAT3 声明的实现。

是的，它依赖于它是标准布局类类型，以及它的数据成员的顺序和类型。

Answer 3

考虑一个相当聪明的编译器：

XMFLOAT3 foo = {1.0f, 2.0f, 3.0f}; 
auto bar = &foo.x;

bar[2] += 5.0f;
foo.z += 5.0f; // Since no previous expression referenced .z, I know .z==8.0
cout << foo.z; // So optimize this to a hardcoded cout << 8.0f

用已知结果替换变量访问和操作是一种常见的优化。在这里，优化器看到了.z 的三种用途：初始分配、增量和最终使用。它可以简单地确定这三个点的值，并替换它们。

因为结构成员不能重叠（与联合不同），从.x 派生的bar 不能重叠.z 所以.bar[2] 不能影响.z。

如您所见，完全正常的优化器可能会产生“错误”的结果。