你能通过 T 的结构来为 T 的数组起别名吗，类似于 std::complex<T>[N] 可以为 T[N * 2] 起别名吗？

Question

自 C++11 起，

std::complex<T>[n]

保证可别名为

T[n*2]

，并具有明确定义的值。这正是人们对任何主流架构所期望的。

对于我自己的类型，这种保证可以通过标准 C++ 实现吗？

struct vec3 { float x, y, z; }

还是只有在编译器的特殊支持下才可能实现？

Answer 1

TL;DR：编译器必须检查

reinterpret_cast

并找出涉及

std::complex

的（标准库）特化。我们无法一致地模仿语义。

我认为很明显，将三个不同的成员视为数组元素是行不通的，因为指向它们的指针的指针算术受到极大的限制（例如，加 1 会产生一个超过末尾的指针）。

因此，我们假设

vec3

包含三个

int

的数组。 即使这样，您隐式需要的底层

reinterpret_cast<int*>(&v)

（其中

v

是

vec3

）也不会为您留下指向第一个元素的指针。请参阅指针可互换性的详尽要求：

两个对象

a

和

b

是 指针可相互转换的，如果：

• 它们是同一个对象，或者

• 一个是标准布局联合对象，另一个是该对象的非静态数据成员（[class.union]），或者

• 一个是标准布局类对象，另一个是该对象的第一个非静态数据成员，或者，如果该对象没有 非静态数据成员，该对象的第一个基类子对象 ([class.mem])，或

• 存在一个对象

  c

  ，使得

  a

  和

  c

  是指针可相互转换的，并且

  c

  和

  b

  是 指针可相互转换。

如果两个对象是指针可相互转换的，那么它们具有相同的 地址，并且可以从指针获得指向一的指针 通过

reinterpret_­cast

到另一个。 [ 注意：数组对象 和它的第一个元素不是指针可相互转换的，即使 他们有相同的地址。  — 尾注 ]

这是相当明确的；虽然我们可以获得指向数组的指针（作为第一个成员），并且虽然指针互换性是传递的，但我们无法获得指向其第一个元素的指针。

最后，即使你设法获得了指向成员数组第一个元素的指针，如果你有一个

vec3

数组，你也无法使用简单的指针增量来遍历所有成员数组，因为我们得到了指针超过中间数组的末尾。 launder 也不能解决这个问题，因为与指针关联的对象不共享任何存储（具体信息参见 [ptr.launder]）。

Answer 2

这只有在编译器的特殊支持下才有可能实现。

联合不会让你到达那里，因为常见的方法实际上具有未定义的行为，尽管布局兼容的初始序列有例外，并且你可以通过

unsigned char*

作为特殊情况检查对象。不过就是这样。

有趣的是，除非我们假设“下面”具有广泛且无用的含义，否则该标准在这方面在技术上是矛盾的：

[C++14: 5.2.10/1]:

[..] 下面列出了可以使用reinterpret_cast 显式执行的转换。使用reinterpret_cast 无法显式执行其他转换。

complex<T>

的情况就没有被提及。最后，您所指的规则是在很久以后的

[C++14: 26.4/4]

中引入的。

Answer 3

我认为如果您的类型包含

vec3

，并且您确保

float x[3]

，那么它适用于单个

sizeof(vec3) == 3*sizeof(float) && is_standard_layout_v<vec3>

。考虑到这些条件，标准保证第一个成员的偏移量为零，因此第一个

float

的地址是对象的地址，并且您可以执行数组算术来获取数组中的其他元素：

struct vec3 { float x[3]; } v = { };
float* x = reinterpret_cast<float*>(&v);  // points to first float
assert(x == v.x);
assert(&x[0] == &v.x[0]);
assert(&x[1] == &v.x[1]);
assert(&x[2] == &v.x[2]);

您不能将

vec3

数组视为三倍长度的浮点数数组。对每个

vec3

内的数组进行数组算术不允许您访问下一个

vec3

内的数组。 CWG 2182 与此处相关。