是否可以通过指向不同的、不相关的子对象的指针来获取指向一个子对象的指针？答案

【问题标题】：Is it possible to get a pointer to one subobject via a pointer to a different, unreleated subobject?是否可以通过指向不同的、不相关的子对象的指针来获取指向一个子对象的指针？
【发布时间】：2020-01-18 14:22:34
【问题描述】：

看看这个简单的代码：

struct Point {
    int x;
    int y;
};

void something(int *);

int main() {
    Point p{1, 2};

    something(&p.x);

    return p.y;
}

我希望main 的返回值可以优化为return 2;，因为something 无法访问p.y，它只能获得指向p.x 的指针。

但是，没有一个主要的编译器将main 的返回值优化为2。 Godbolt.

如果我们只授予p.x 的访问权限，标准中是否有允许something 修改p.y 的内容？如果是，这是否取决于Point 是否有标准布局？

如果我改用something(&p.y); 和return p.x; 会怎样？

【问题讨论】：

我不明白反对票和旗帜。这对我来说是完全合理的问题。
stackoverflow.com/questions/50803202/… "实现对齐要求可能会导致两个相邻的成员不能紧挨着分配"
@alterigel：这不重要，因为我们可以使用offsetof。但我不确定我们是否真的可以使用 C++17 的新指针语义规则从 p.x 获得指向 p.y 的指针。不能使用std::launder，因为指向p.x 的指针只能到达p.x。因此，即使我可以将指针移动到正确的位置，也可能该指针不会指向 p.y 的对象。
如果将其更改为void something(int * x) { *(x+1) = 6; }，它会将返回值优化为固定的6，因此编译器至少认为这是一个有效的选项。
@zereges，没有投反对票，但几乎投了。这个问题很难解析。我相信 OP 在问：“为什么编译器不能意识到 something() 函数不会修改 p.y ？”如果 OP 直接问这个问题，那么反对票就会减少。

标签： c++ pointers language-lawyer c++17 offsetof

【解决方案1】：

这是完美定义的：

void something(int *x) {
    reinterpret_cast<Point*>(x)->y = 42;
}

Point 对象 (p) 及其 x 成员是指针可互转换的，来自 [basic.compound]：

两个对象 a 和 b 是 pointer-interconvertible 如果：

[...]

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，则该对象的任何基类子对象（[class. mem])，或：

[...]

如果两个对象是指针可互转换的，那么它们具有相同的地址，并且可以通过reinterpret_cast从指向另一个对象的指针中获得指向另一个对象的指针。

reinterpret_cast<Point*>(x) 是有效的，并且最终会得到一个指向 p 的指针。因此，直接修改它是可以的。如您所见，标准布局部分和第一个非静态数据成员部分很重要。

尽管如果您将指向 p.y 的指针传入并返回 p.x ，则问题中的编译器不会优化额外的负载。

【讨论】：

谢谢，我知道我的问题留下了一个漏洞。那么，如果我使用something(&p.y); return p.x;，那么显然是错过了优化？
@geza 从技术上讲，是的，那将是一个错过的优化，但我认为目前主要的编译器还没有准备好破坏所有使用 offsetof 的现有代码。
这不违反严格的别名规则吗？还是这是一个仅限 C 的规则？
@sturcotte06 它不是因为 如果两个对象是指针可互转换的，那么它们具有相同的地址，并且可以通过指向另一个对象的指针获得指向另一个对象的指针reinterpret_cast。
我在这里遗漏了什么吗？演员表将指向p.x 的指针更改为指向Point 的指针，但它仍然指向at 相同的内存位置？这意味着这仅有效，因为x 是第一个成员，因此存在于与“父”对象Point p 相同的内存位置？因此，如果我们将&p.y 传递给函数，我们会得到不同的行为（未定义？）