将 T 数组别名为 std::complex<T> 数组是否合法？

Question

我知道强类型别名规则。但是，cppreference 指出

实现不能声明额外的非静态数据成员，这些成员会占用与实部和虚部不相交的存储空间，并且必须确保类模板特化不包含任何填充。实现还必须确保对数组访问的优化考虑到指向 value_type 的指针可能为 std::complex 特化或其数组起别名的可能性。

这个要求是否允许像下面这样的代码是合法的，即使它不一定是道德的？

std::size_t numDoubles = 100;
double* a = (double*) std::malloc(numDoubles * sizeof(double));
std::complex<double>* b = reinterpret_cast<std::complex<double>*>(a);
DoSomethingWith(b[1]);

如果使用 new[] 生成双精度数组，答案会改变吗？

XY 问题说明：我正在尝试对可能不存在的第三方库提供的分配器进行抽象；该分配器返回一个 void*；我试图避免库中存在的细节泄漏到标题中。所以我的结构如下：

// foo.h
namespace impl {
    void* Allocate(std::size_t numBytes);
}

template<typename T>
T* Allocate(std::size_t num) {
    static_assert(std::is_pod_v<T>);
    return static_cast<T*>(Allocate(num * sizeof(T)));
}


// foo.cpp
#if LIBRARY_PRESENT

void* impl::Allocate(std::size_t numBytes) { return LibraryAllocate(numBytes); }

#else

void* impl::Allocate(std::size_t numBytes) { return std::malloc(numBytes); }

#endif

不幸的是，std::complex 不是 POD，因为它有一个不平凡的默认构造函数。我希望我可以忽略这个问题。

Answer 1

此要求是否允许以下​​代码合法

即使您直接使用a 而不是对complex 进行强制转换，该代码也不严格合法。 C++ 对象模型不允许您只获取一些内存，将其转换为一种类型，然后假装对象存在于该内存中。无论类型如何（字节类型之外）都是如此。

该代码从不创建double 的数组，因此您无法访问内存，就好像double 的数组在那里一样。您也无法访问complex<double>，就好像它就在那里一样。

如果使用new[] 生成双精度数组，答案是否会改变？

仅在存在double 的合法数组的意义上。那里仍然没有complex<double>。

std::complex<T> 提供的规则是you can access its members as though it were an array of two Ts。这不意味着您可以访问任何两个Ts 的数组，就好像它是一个std::complex<T>。

Answer 2

所以标准部分[complex.numbers]p4 是这样说的：

如果 z 是 cv complex 类型的左值，则：

• 表达式 reinterpret_cast(z) 应格式正确，
• reinterpret_cast(z)[0] 应指定 z 的实部，并且
• reinterpret_cast(z)[1] 应指定 z 的虚部。

此外，如果 a 是 cv complex* 类型的表达式，并且 表达式 a[i] 对于整数表达式 i 是明确定义的，那么：

• reinterpret_cast(a)[2*i] 应指定 a[i] 的实部，并且
• reinterpret_cast(a)[2*i + 1] 应指定 a[i] 的虚部。

反之，它不会对 strict aliasing rule 产生异常，因此看起来通过 double 对 std::complex<double> 进行别名是无效的。

使用 new 不会改变分析。