对编译时 C 数组的严格别名和引用

Question

给定以下代码

#include <cassert>
#include <climits>
#include <cstdint>
#include <iostream>

static_assert(CHAR_BIT == 8, "A byte does not consist of 8 bits");

void func1(const int32_t& i)
{
    const unsigned char* j = reinterpret_cast<const unsigned char*>(&i);
    for(int k = 0; k < 4; ++k)
        std::cout << static_cast<int>(j[k]) << ' ';
    std::cout << '\n';
}

void func2(const int32_t& i)
{
    const unsigned char (&j)[4] = reinterpret_cast<const unsigned char (&)[4]>(i);
    for(int k = 0; k < 4; ++k)
        std::cout << static_cast<int>(j[k]) << ' ';
    std::cout << '\n';
}

int main() {
    func1(-1);
    func2(-1);
}

从语言规则可以看出func1 是可以的，因为指向unsigned char 的指针可以为任何其他类型设置别名。我的问题是：这是否扩展到对已知长度的 C 数组的 C++ 引用？直觉上我会说是的。 func2 定义明确还是会触发未定义的行为？

我已经尝试使用 Clang 和 GCC 以及 -Wextra -Wall -Wpedantic 和 UBSAN 的所有可能组合来编译上述代码，并且没有收到任何警告并且始终得到相同的输出。这显然没有说明没有 UB，但我无法触发任何通常的严格别名类型优化错误。

Answer 1

这是未定义的行为。

关于reinterpret_cast的含义，这里有[expr.reinterpret.cast]

11 T1 类型的泛左值表达式可以强制转换为类型 “reference to T2”，如果类型为“pointer to T1”的表达式可以是 使用 a 显式转换为“指向 T2 的指针”类型 reinterpret_cast。结果引用与源相同的对象 glvalue，但具有指定的类型。 [ 注意：也就是说，对于左值，a 参考转换 reinterpret_cast(x) 与 使用内置的 & 和 * 转换 *reinterpret_cast(&x) 运算符（同样适用于 reinterpret_cast(x)）。 —— 尾注 ] 没有临时创建，没有复制，构造函数或 不调用转换函数。

这告诉我们，只要 reinterpret_cast<const unsigned char (*)[4]>(&i) 有效，强制转换 int func2 就有效。这里没有震惊。但问题的关键在于，您可能无法从指针转换中得到任何有意义的东西。关于这个问题，我们在 [basic.compound] 上进行了讨论：

4 两个对象 a 和 b 是指针可互转换的，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 可以指针互转换，而 c 和 b 可以指针互转换。

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，并且可以从指针中获得指向一个的指针 通过reinterpret_­cast 发送给另一个。 [ 注意：数组对象及其 第一个元素不是指针可相互转换的，即使它们有 同一个地址。 — 尾注 ]

这是一个详尽的有意义的指针转换列表。因此，我们不允许获取这样的数组地址，因此它不是有效的数组 glvalue。因此，您对转换结果的进一步使用是未定义的。