您可以将双精度数组重新解释为包含双精度数组的结构吗？ [重复]

Question

我正在使用一个库，它将 3D 笛卡尔向量数组表示为

double

的连续一维数组，其中三个后续条目对应于一个向量的笛卡尔分量。我还有一个自写的 3D 向量类

Vector3

，它实现了一些算术。我想将这个普通的

double

数组视为

Vector3

对象数组，如下所示：

class Vector3 {
  // Some functions and operators
  double m_pData[3]; // the components of the vector
};

double *pd = GetFromLibrary(); // The input raw data
Vector3 *pv = (Vector3*)pd; // Treat raw data as array of objects...

pv[3].m_pData[1] = 17.5; // Set the Y component of the fourth vector

我在几个不同的编译器和平台上尝试了这段代码，它工作得很好。从天真的角度来看，它当然应该总是有效，但我不确定是否会出现任何对齐问题。 C++ 标准是否规定这是允许的？如果没有，有什么方法可以修改代码以使其符合标准，而无需将数据复制到不同的内存位置？

或者以不同的方式提问：标准是否保证

Vector3

的普通数组拥有其所有

double

数据成员而没有间隙，我们是否会发生编译器插入一些填充以进行对齐（可能是32字节）？

Answer 1

即使对齐和尺寸/布局正确，从技术上讲仍然是符合标准的 UB。当从未显式或隐式创建该类型的对象时，您不能强制转换为某种类型（此处为

Vector3

）假装该类型的对象存在。结果将是仍然指向原始

double

对象的指针，但表达式类型不匹配，因此任何成员访问都将具有未定义的行为，就像

pv[3]

中的任何指针算术一样。实际上，编译器可能不会太在意（但我也不知道他们现在或将来是否承诺允许这种使用）。

对于对齐本身：

Vector3

的对齐要求在技术上可能比

double

更严格，因此

GetFromLibrary

返回的指针可能会错位。这可以在您所依赖的 ABI 规范中查找或通过添加

static_assert(alignof(Vector3) <= alignof(double));

来查找。然而，我不认为任何常用的 ABI 都能做到这一点。

对于其他布局问题：从技术上讲，

Vector3

的末尾可以有填充。不过，我再说一遍，我不知道有任何 ABI 具有这样的行为。您也可以使用

static_assert(sizeof(Vector3) == sizeof(double)*3);

来验证这一点。不允许在数组成员之前或数组元素之间进行填充。

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请注意，我在上面假设您的类是 standard-layout 并且没有任何其他非静态数据成员或任何基类。这也意味着没有

virtual

成员函数等。

如果不是这种情况，那么数组成员之前也可以有填充，并且大小和对齐正确的可能性要小得多（特别是如果有

virtual

函数）。同样，具体布局将在适用的 ABI 规范中指定。

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此外，如果不是在两个实例中使用相同的标量类型 (

double

)，而是使用不匹配的标量类型（例如

double

中的

Vector3

，但指向

uint64_t

数组的指针），则编译器将不会宽容。这将是一个直接的别名违规，本身就是 UB 和编译器进行优化的行为，因此行为将默默地不符合预期。