在 C++ 中使用 static_cast 将指针强制转换为数组引用是否合法？

Question

SO是一场狗屎秀。感谢您的搭车。

Answer 1

简短回答：你是对的。仅当

pValues

的类型为

T[N]

时，转换才是安全的，并且您提到的两种情况（不同大小、动态分配的数组）很可能会导致 未定义的行为。

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static_cast

的好处是在编译时进行了一些额外的检查，所以如果你似乎做错了什么，编译器会抱怨它（与丑陋的C风格转换相比，它允许你做几乎任何事情） ，例如：

struct A { int i; };
struct C { double d; };

int main() {
    A a;
    // C* c = (C*) &a; // possible to compile, but leads to undefined behavior
    C* c = static_cast<C*>(&a);
}

会给你：

invalid static_cast from type ‘A*’ to type ‘C*’

在这种情况下，您转换为

void*

，从可以在编译时进行的检查的角度来看，这对于几乎任何内容都是合法的，反之亦然：

void*

也可以转换回几乎任何内容，这使得

static_cast

的使用一开始就完全没用，因为这些检查变得毫无用处。

对于前面的例子：

C* c = static_cast<C*>(static_cast<void*>(&a));

并不比：

更好

C* c = (C*) &a;

并且很可能会导致该指针的错误使用和未定义的行为。

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换句话说：

A arr[N];
A (&ref)[N] = *static_cast<A(*)[N]>(&arr);

很安全，很好。但一旦你开始滥用

static_cast<void*>

，就根本无法保证实际会发生什么，因为即使是这样的东西：

C *pC = new C;
A (&ref2)[N] = *static_cast<A(*)[N]>(static_cast<void*>(&pC));

成为可能。

Answer 2

自 C++17 起，至少显示的表达式不安全，即使

pValues

是指向数组第一个元素的指针并且数组具有完全匹配的类型（包括 excat 大小），无论是否从变量获取声明或致电

new

。 （如果不满足这些标准，无论以下情况如何，都是 UB。）

数组及其第一个元素不是 指针可互转换，因此

reinterpret_cast

（相当于两个

static_casts

到

void*

）无法将一个的指针值转换为另一个的指针值。

因此

static_cast<T(*)[N]>(static_cast<void*>(pValues))

仍将指向数组的第一个元素，而不是数组对象本身。

由于类型/值不匹配，因此引用此指针是未定义的行为。

这可以通过

std::launder

来解决，这可能会改变

reinterpret_cast

无法改变的指针值。具体来说，以下内容可能是明确定义的：

T (&values)[N] = *std::launder(static_cast<T(*)[N]>(static_cast<void*>(pValues)));

或同等程度

T (&values)[N] = *std::launder(reinterpret_cast<T(*)[N]>(pValues));

但前提是

std::launder

返回的指针不能用于访问无法通过原始

pValues

指针访问的任何字节。如果数组是一个完整的对象，则满足这一点，但是例如如果数组是二维数组的子数组则不满足。

有关确切的可达性条件，请参阅 https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/launder。