“reinterperet_cast”到非虚拟对象的子对象是否合法？

Question

这与这里有关类型擦除的问题有关：boost te memory access failure with Visual C++。如果您认为可以更好地表达这一点，请随意编辑标题。

在类型擦除库中，执行了一个本质上类似于以下内容的技巧：

struct implementer {
  void func(){};
};

struct base {
  virtual void f() const = 0;
};

struct poly : public implementer, public base {
    void f() const {}
};

template <typename T>
void call(const T& v) {
    const auto& b= reinterpret_cast<const base &>(v);
    b.f();
}

int main() {
    poly p;
    implementer &i = p;
    call(i);
}

这里的关键是，因为您将实现者传递给调用函数，所以必须使用

reinterperet_cast

来取出多边形部分并检索已擦除的函数。这会在 gcc 和 clang 中编译并运行（正确获取基本 vtable）。

https://godbolt.org/z/os9W71av6

它也在 MSVC 中编译，但是当我运行它时，

reinterperet_cast

破坏了值

b

的 vtable，导致读取访问冲突：

抛出异常：读取访问冲突。 b 是 0xFFFFFFFFFFFFFFFF。

那么问题是 这种类型的强制转换在 C++ 中是否合法，或者是未定义的行为？

Answer 1

为什么这似乎在 Linux 上的 GCC/Clang 上“有效”：

implementer

经过空基类优化，放置在

poly

的前零字节中。接下来的 8 个字节存储 vtable 指针和

base

的所有零成员。

这意味着

p

、

static_cast<implementer&>(p)

(

i

) 和

static_cast<base&>(p)

都具有相同的地址。

你仍然有 UB，因为

reinterpret_cast

没有指向

base

对象，但这可以通过

std::launder

修复：

    const auto& b = *std::launder(&reinterpret_cast<const base &>(v));
    b.f();  // No longer UB

---

为什么这在带有 Microsoft ABI 的 MSVC/Clang 上不起作用：

由于

poly

不是标准布局，因此允许重新排列成员。至关重要的是，不能保证

implementer

在开始时存储在零字节中。 Microsoft ABI 为 vtable 指针 /

base

存储 8 个字节，然后为

base

存储 0 个字节。

这意味着

&i != &p

（多了 8 个字节，

&i == reinterpret_cast<char*>(p) + sizeof(void*)

）。

所以这意味着您的

reinterpret_cast

位于错误的地址。在 Windows 上您必须再次调整指针：

    const auto& b = *std::launder(reinterpret_cast<const base *>(&v) - 1);
    b.f();

根据班级的具体布局，您需要调整的数量显然会有所不同。

---

你所做的本质上是一种旁白。如果您将

implementer

设为虚拟，则可以使用

dynamic_cast

:

来完成此操作

struct implementer {
  void func() {}
  virtual ~implementer() = default;
};

// ...

template <typename T>
void call(const T& v) {
    const auto& b = dynamic_cast<const base &>(v);
    b.f();
}