如何做一个静态断言指针转换是微不足道的？答案

【问题标题】：How to do a static assert that a pointer cast is trivial?如何做一个静态断言指针转换是微不足道的？
【发布时间】：2011-07-28 22:55:34
【问题描述】：

假设我有这些类型：

struct A {
    int a;
};

struct B {
    int b;
};

struct C : public A, public B {
    int c;
};

C* 指针可以转换为 A* 指针，而无需调整实际地址。但是当C* 被强制转换为B* 时，该值必须改变。我想确保我拥有的两个相关类型可以相互转换而不会改变地址（即没有多重继承，或者基类是派生类的第一个基类）。这可以在运行时检查，例如像这样

assert(size_t(static_cast<A*>((C*)0xF000) == 0xF000);
assert(size_t(static_cast<B*>((C*)0xF000) != 0xF000);

这行得通。但是这些信息在编译时是已知的，所以我正在寻找一种方法来对其进行编译时断言。将上述内容转换为静态断言的明显方法（例如，将 assert 替换为 BOOST_STATIC_ASSERT 会给出错误“转换为整数或枚举类型以外的类型不能出现在常量表达式中”使用 g++ 4.2。

可移植性并不太重要。使用 gcc 扩展或 hacky 模板技巧都可以。

更新：发现之前问过几乎一样的问题：C++, statically detect base classes with differing addresses?。使用offsetof() 也是唯一有用的建议。

【问题讨论】：

不想成为吹毛求疵的人，但既然确切的内存布局是一个实现细节......你为什么会对这个感兴趣？
我很确定 Boost/lambda 库包含这方面的内容。我必须查一下，但 Alexandrescu 和 Vandervoorde 已经发表了该领域的几乎所有技巧
我对@Matthieu M. 提出的问题真的很感兴趣：在什么情况下演员可以是微不足道的？（即，如果它不是微不足道的，那么成本很可能可以忽略不计：向派生指针添加一个常量，如果条件没有正确完成，您将在尝试调试看起来像是损坏的内存时遇到真正的痛苦）跨度>
说来话长。这是一个事件系统，我想使用类型擦除来减少模板膨胀。例如。我想将 f(T*) 类型的函数指针（对于许多不同的 T）视为 f(void*)，以将它们存储在通用结构中。进一步的细节很复杂。关键是有很多重复的模板化代码实际上是相同的，因为演员表是微不足道的（在大多数情况下，我正在处理，实际上是这样）。我试图避免重复生成的相同代码，但让编译器检查我没有搞砸:)
@DS，您可能希望检查链接器的设置。一些链接器能够检测和合并相同的函数，因此即使您的编译器生成了许多重复项，您正在进行的合并它们的工作可能是计算机可以为您完成的工作.

标签： c++ pointers casting static-assert

【解决方案1】：

“我想确保两个相关类型可以相互转换而不改变地址（即没有多重继承，或者基类是派生类的第一个基类）。”

你的“即”不正确。例如，Derived 的前 4 个字节完全有可能是一个 vtable 指针，即使 Base 不是多态的。是的，如果 (1) 第一个基本子对象在偏移量 0 处，并且 (2) vtable 指针在偏移量 0 处，C++ 编译器会更容易。但这两个目标本质上是不一致的，没有明显更好的选择。

现在，第一部分可以在理论上进行测试。对于标准布局类型，offset_of(Base, first_member) 和offset_of(Derived, first_member) 没有区别。但实际上，offset_of 不适用于有趣的类型；是UB。这个检查的重点是检查一个类型，所以对于非标准布局类型，它应该可靠地失败。

【讨论】：

“你不能检查，因为它不是真的”。我的意思是，由于它并不总是正确的，我需要能够检查！现在，offsetof(C,a) 的想法听起来很有希望，但 gcc 抱怨“对 NULL 对象的非静态数据成员 'A::a' 的无效访问。”
其实gcc的投诉是警告，不是错误。因此，当 Base 的第一个成员已知时，这确实有效。那是东西。谢谢！
我已经编辑了 MSalters 的评论“你不能检查，因为这不是真的”到 I-think-clearer “你的‘即’不正确”。我不认为 MSalters 可能一直试图说你的整个陈述是错误的。根据他的下一句话，我认为他的意思是“可以强制转换两个相关的类型......”实际上并不真正等同于“没有多重继承......”。

【解决方案2】：

根据 MSalters 的建议和 C++, statically detect base classes with differing addresses? 的回答，这是我能想到的最接近答案的内容。它可能是 gcc 特定的，并且需要知道基类的 some 成员：

#pragma GCC diagnostic ignored "-Winvalid-offsetof"     // To suppress warning.
BOOST_STATIC_ASSERT(offsetof(C, a) == offsetof(A, a));
BOOST_STATIC_ASSERT(offsetof(C, b) != offsetof(B, b));
#pragma GCC diagnostic warn "-Winvalid-offsetof"

显然这既不方便又可怕（需要认识会员并关闭警告）。

【讨论】：