ABI 规范中的内存布局是否仅适用于 ABI 边界？

Question

ABI 标准中与内存布局相关的规范是否通常仅适用于 ABI 边界，或者也适用于例如 ABI 边界。在翻译单元内，或者如果不是这种情况，编译器通常会做出这样的额外保证吗？

如果“一般”过于宽泛，请考虑例如GCC/Clang 与 System V x64 和 Itanium C++ ABI。

这里有两个例子说明我的意思：

1. System V x64 ABI 指定大小至少为 16 字节的数组具有至少 16 字节的对齐，即使元素类型的对齐更小，因此对齐比alignof 建议的更严格。它还指定long double 的对齐方式为16。那么如果调用以下在 C++ 标准下具有未定义行为的函数，是否可以在 System V x86 ABI 下安全使用，即使 storage 数组从未跨翻译单元边界公开？

   void f() {
       char storage[16]; // Only guaranteed to have alignment `1` by the C++ standard.
       using T = long double;
       auto p = new(storage) T;
   }
   

2. Itanium C++ ABI 指定类的布局。例如：

   #include<new>
   
   struct A {
       int i;
       virtual ~A() {}
   };
   
   struct B : A {
       int j;
   };
   
   void f() {
       B b;
       std::launder(reinterpret_cast<A*>(&b))->i = 1;
   }
   

   f 在 C++ 标准下被调用时具有未定义的行为，因为 B 和 A 不是标准布局，因此未指定 A 子对象是否位于与 b 相同的地址，如果没有，这会导致 std::launder 上出现未定义的行为。然而，在 Itanium C++ ABI 下，保证A 子对象与b 具有相同的地址，因此std::launder 将成功。那么在 Itanium C++ ABI 下，即使b 从未越过翻译单元边界，这是否安全？

我假设我的两个示例都是安全的，但是这是在引用的标准中还是在编译器的策略中指定的？

Answer 1

是的，根据我的阅读，这两个实例都是安全的。

我无法将您指向 Itanium C++ ABI 的某个部分，但无论如何您似乎对它要表达的内容持坚定的态度。

但我知道：

根据 C++ 标准未定义的行为的一种可能表现形式是该语言的某些实现，例如 Itanium C++ ABI，保证该构造的特定行为。

也就是说，如果一个标准说“未定义”，而另一个标准说“已定义为执行 Y”，那么，如果您的实现符合这两个标准，您应该能够假设“Y”发生。

（旁注：另一方面，如果一个标准说“这被定义为做 X”，而另一个标准说“那被定义为做 Y”，那么，如果“X”！=“Y”，你的实现不能同时符合这两个标准。）

Answer 2

你问了两个问题：

[...]，编译器通常会做出这样的额外保证吗？：

否则它们将几乎无法使用，但我认为不可能对此给出明确的答案。我们必须证明不存在不做出此类保证的编译器。

因此，“一般” 太宽泛了。

在查看特定编译器/平台时，您的示例引出了第二个问题：

我的未定义行为示例是否适用于某些平台？

您已经知道这些示例具有 UB。如果编译器检测到这一点，它可以对该代码执行任何操作，例如

1. 放下整件事
2. 生成格式化 SSD 的代码
3. 生成符合您期望的代码

UB 的问题是：即使今天你的编译器选择第三个选项，也不能保证它明天会再次这样做。

另见cppreference

所以第二个问题的答案是：嗯，也许，但不能保证。