使用placement new 会使以下代码有效吗？

Question

我正在构建一个将在类中使用的缓冲区，并想知道根据 C++ 标准以下内容是否有效：

#include <iostream>
#include <cstdint>

int main() {
  alignas(std::int32_t) char A[sizeof(std::int32_t)] = { 1, 0, 0, 0 };
  std::int32_t* pA = new (&A) std::int32_t;
  std::cout << *pA << std::endl;
  return 0;
}

缓冲区已初始化为 4 字节的 char 数组。在结构顶部放置一个新位置是否允许我以int32_t 的形式访问下面的位？我现在可以以 4 个chars（通过buffer 对象）或 1 个int32_t（通过pA）访问内存空间而不违反标准吗？如果不行，有没有其他办法？

注意：是的，我知道字节序，但在这种情况下，字节序无关紧要。那是一个不同的讨论。

Answer 1

（为简洁起见，假设int 和int32_t 是同一类型）

在 C++20 中，由于 A 是一个字符数组，所以 int 类型的对象可以是 在A 中隐式创建，因此只需要以下内容：

alignas(int) char A[sizeof(int)] = { 1, 0, 0, 0 };
int * pA = reinterpret_cast<int*>(&A[0]);
std::cout << *pA << std::endl;

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原始new (&A) int 的问题在于它结束了已初始化的原始char[sizeof(int)] 对象的生命周期，因此无法读取其值。你现在有一个默认初始化的int，它是 UB 可以读取的。因此，您的原始代码相当于：

int A;
std::cout << A << std::endl;

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如果您不能依赖 C++ 20 隐式对象创建，则可以使用类型双关语方法，该方法创建具有相同“位模式”（值表示）的不同类型的对象。可以使用std::bit_cast（或使用std::memcpy 实现的版本）：

char A[sizeof(int)] = { 1, 0, 0, 0 };
int B = std::bit_cast<int>(A);
std::cout << B << std::endl;

或者std::memcpy直接复制值表示：

char A[sizeof(int)] = { 1, 0, 0, 0 };
int B;
std::memcpy(&B, A, sizeof(int));
std::cout << B << std::endl;

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您可以使用placement new 将A 的有效类型从char[sizeof(int)] 更改为int，如下所示：

alignas(int) char A[sizeof(int)] = { 1, 0, 0, 0 };
// `A` has effective type `char[sizeof(int)]`; cannot be accessed through `int*`

int * pA = new (&A) int(std::bit_cast<int>(A));
// `A` now has effective type `int`. This line should be optimised to do nothing to `A` at runtime.

std::cout << *pA << std::endl;

// Or using `A` directly
std::cout << *std::launder(reinterpret_cast<int*>(A)) << std::endl;