C++での構造体オフセットとポインタの安全性

Question

この質問は、構造体オフセットを使用したポインタ演算を使用して派生したポインタに関するものです。

は、次のプログラムを考えてみましょう：

は

#include <cstddef> 
#include <iostream> 
#include <new> 

struct A { 
    float a; 
    double b; 
    int c; 
}; 

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c); 

int main() { 
    A * a = new A{0.0f, 0.0, 5}; 
    char * a_storage = reinterpret_cast<char *>(a); 
    int * c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c)); 

    std::cout << *c << std::endl; 

    delete a; 
} 

このプログラムは、デフォルトの設定とC++ 11標準を使用して、仕事と私がテストしたコンパイラに期待される結果を与えることが表示されます。

（代わりにreinterpret_castの私たちが代わりにchar *とstatic_castのvoid *を使用し、密接に関連するプログラム、 は普遍的に認められていない。gcc 5.4がvoidポインタとポインタ演算に関する警告を発行し、clang 6.0はvoid *とポインタ 算術演算であることを言いますエラー）

このプログラムは、C++標準に従って明確に定義された動作をしていますか？

回答は、実装がリラックスしているか厳密なポインタの安全性（[basic.stc.dynamic.safety]）を持っているかによって異なりますか？

Answer 1

コードに基本的なエラーはありません。

Aが普通のデータでない場合、上記はUB（C++ 17以前）であり、条件付きでサポートされています（C++ 17以降）。

char*とint*をauto*に置き換えることもできますが、それはスタイルのことです。

メンバへのポインタは、まったく同じことを型セーフな方法で行います。ほとんどのコンパイラは、メンバへのポインタをその型のメンバのオフセットとして実装しています。しかし、ポッド以外の構造でもどこでも動作します。

脇：offsetofが標準でconstexprであるという保証はありません。 ;）

いずれの場合にも、交換：

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c); 

static constexpr auto off_c = &A::c; 

と

auto* a_storage = static_cast<char *>(a); 
    auto* c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c)); 

と

auto* c = &(a->*off_c); 

と

これをC++の方法で実行します。

Answer 2

構造がの標準レイアウトであることを確認してください。これはstd::is_standard_layout<>で再確認できます。以下のような構造体にこれを適用しようとすると

：

struct A { 
    float a; 
    double b; 
    int c; 
    std::string str; 
}; 

は、文字列が関連性の構造体の一部を過ぎている場合でも、違法だろう。

編集アプト懸念何イム

相続人：3.7.4.3に[basic.stc.dynamic.safety]それはポインタが安全に導出されたと言うだけの場合（条件）と我々が持っている場合は、厳密なポインタの安全性そのような場所から来ていなければ、ポインタは無効です。 5.7ポインタの算術演算では、配列内で通常の算術演算を行うことができると言われていますが、何も表示されません。イムは、私はそれを考える方法で関連するこのありえないがあるかどうかを把握しようと、または構造体は、算術演算をオフセットた場合は、仮想的な「厳しい」implsでOKではないか、私は間違っ5.7（n4296）

あなたを読めばポインタを算術的に処理している場合は、配列charで実行しています。サイズは少なくともsizeof(A)です。 - 安全に由来ポインタの明確に定義されたポインタ変換（4.10、5.4）の結果

：あなたが第二の部材に再びキャストするとその後

、あなたは（2.4）の下で覆われています値;

Answer 3

あなたは前提条件を検討する必要があります。

仮定＃1）offsetofは、正しいオフセットをバイト単位で返します。これは、クラスが "標準レイアウト"と見なされた場合にのみ保証されます。これは、仮想メソッドがないなどのいくつかの制限があり、複数の継承を回避します。この場合は問題ありませんが、一般的には必ず。

仮定＃2）charはバイトと同じサイズです。 Cでは、これは定義によるものなので、安全です。

仮定＃3）offsetofは、データの先頭からではなく、クラスからポインタへの正しいオフセットを与えます。これは基本的に＃1と同じですが、vtableは確かに問題になる可能性があります。ここでも、標準レイアウトでしか動作しません。