Czy wskaźnik z właściwym adresem i typem nadal jest prawidłowym wskaźnikiem od C ++ 17?

_{(W nawiązaniu do tego pytania i odpowiedzi .)}

Przed standardem C ++ 17 w [basic.compound] / 3 znajdowało się następujące zdanie :

Jeśli obiekt typu T znajduje się pod adresem A, wskaźnik typu cv T *, którego wartością jest adres A, wskazuje na ten obiekt, niezależnie od tego, w jaki sposób wartość została uzyskana.

Ale od czasu C ++ 17 to zdanie zostało usunięte .

Na przykład uważam, że to zdanie sprawiło, że ten przykładowy kod został zdefiniowany, a od C ++ 17 jest to niezdefiniowane zachowanie:

 alignas(int) unsigned char buffer[2*sizeof(int)];
 auto p1=new(buffer) int{};
 auto p2=new(p1+1) int{};
 *(p1+1)=10;

Przed C ++ 17 p1+1przechowuje adres *p2i ma właściwy typ, podobnie *(p1+1)jak wskaźnik *p2. W C ++ 17 p1+1znajduje się wskaźnik poza końcem , więc nie jest wskaźnikiem do obiektu i uważam, że nie można go usunąć.

Czy taka jest interpretacja tej zmiany standardowego prawa, czy też istnieją inne zasady, które rekompensują usunięcie przytoczonego zdania?

Czy taka interpretacja tej modyfikacji standardowego prawa, czy też istnieją inne zasady, które rekompensują usunięcie tego cytowanego zdania?

Tak, ta interpretacja jest poprawna. Wskaźnik za końcem nie jest po prostu konwertowany na inną wartość wskaźnika, która wskazuje na ten adres.

Nowy [basic.compound] / 3 mówi:

Każda wartość typu wskaźnika jest jedną z następujących:
(3.1) wskaźnik do obiektu lub funkcji (mówi się, że wskaźnik wskazuje na obiekt lub funkcję) lub
(3.2) wskaźnik znajdujący się poza końcem obiektu ([wyrażenie .add]) lub

Te wzajemnie się wykluczają. p1+1jest wskaźnikiem za końcem, a nie wskaźnikiem do obiektu. p1+1wskazuje na hipotetyczną x[1]tablicę o rozmiarze 1 na p1, a nie na p2. Te dwa obiekty nie są konwertowalne za pomocą wskaźnika.

Mamy też nienormatywną notę:

[Uwaga: wskaźnik znajdujący się poza końcem obiektu ([wyr.add]) nie jest traktowany jako wskazujący na niepowiązany obiekt typu obiektu, który może znajdować się pod tym adresem. […]

co wyjaśnia zamiar.

Jak podkreśla TC w wielu komentarzach ( szczególnie w tym ), jest to naprawdę szczególny przypadek problemu, który pojawia się przy próbie implementacji std::vector- czyli [v.data(), v.data() + v.size())musi to być prawidłowy zakres, ale vectornie tworzy obiektu tablicy, więc tylko zdefiniowana arytmetyka wskaźnika będzie przechodzić od dowolnego obiektu w wektorze do końca jego hipotetycznej tablicy o jednym rozmiarze. Aby uzyskać więcej zasobów, patrz CWG 2182 , ta standardowa dyskusja i dwie wersje artykułu na ten temat: P0593R0 i P0593R1 (konkretnie sekcja 1.3).

W naszym przykładzie *(p1 + 1) = 10;powinno to być UB, ponieważ znajduje się o jeden za końcem tablicy o rozmiarze 1. Ale jesteśmy tutaj w bardzo szczególnym przypadku, ponieważ tablica została dynamicznie skonstruowana w większej tablicy znaków.

Dynamiczne tworzenie obiektów jest opisane w 4.5 Model obiektowy C ++ [intro.object] , §3 wersji roboczej n4659 standardu C ++:

3 Jeśli tworzony jest kompletny obiekt (8.3.4) w pamięci skojarzonej z innym obiektem e typu „tablica N znaków bez znaku” lub typu „tablica N std :: bajt” (21.2.1), tablica ta zapewnia pamięć dla utworzonego obiektu, jeśli:
(3.1) - czas życia e rozpoczął się i nie skończył, oraz
(3.2) - miejsce przechowywania nowego obiektu mieści się w całości w e oraz
(3.3) - nie ma mniejszego obiektu tablicowego, który je spełnia ograniczenia.

3.3 wydaje się raczej niejasny, ale poniższe przykłady wyjaśniają cel:

struct A { unsigned char a[32]; };
struct B { unsigned char b[16]; };
A a;
B *b = new (a.a + 8) B; // a.a provides storage for *b
int *p = new (b->b + 4) int; // b->b provides storage for *p
// a.a does not provide storage for *p (directly),
// but *p is nested within a (see below)

W tym przykładzie buffertablica zapewnia pamięć zarówno dla, jak *p1i *p2.

Poniższe akapity dowodzą, że kompletnym przedmiotem dla obu *p1i *p2jest buffer:

4 Obiekt a jest zagnieżdżony w innym obiekcie b, jeśli:
(4.1) - a jest podobiektem z b, lub
(4.2) - b zapewnia miejsce na a lub
(4.3) - istnieje obiekt c, gdzie a jest zagnieżdżony w c , a c jest zagnieżdżone w b.

5 Dla każdego przedmiotu x istnieje jakiś przedmiot zwany kompletnym przedmiotem x, określony w następujący sposób:
(5.1) - Jeśli x jest kompletnym przedmiotem, to kompletny przedmiot x jest sam.
(5.2) - W przeciwnym razie kompletny przedmiot x jest kompletnym przedmiotem (unikalnego) obiektu, który zawiera x.

Gdy już to ustalimy, drugą istotną częścią szkicu n4659 dla C ++ 17 jest [basic.coumpound] §3 (podkreślenie moje):

3 ... Każda wartość typu wskaźnika jest jedną z następujących:
(3.1) - wskaźnik do obiektu lub funkcji (mówi się, że wskaźnik wskazuje na obiekt lub funkcję), lub
(3.2) - wskaźnik poza koniec obiektu (8.7), lub
(3.3) - wartość wskaźnika pustego (7.11) dla tego typu lub
(3.4) - niepoprawna wartość wskaźnika.

Wartość typu wskaźnika, który jest wskaźnikiem na koniec obiektu lub za nim, reprezentuje adres pierwszego bajtu w pamięci (4.4) zajmowanego przez obiekt lub pierwszego bajtu w pamięci po zakończeniu pamięci zajmowanej przez obiekt odpowiednio. [Uwaga: wskaźnik znajdujący się poza końcem obiektu (8.7) nie jest uważany za wskazujący na niepowiązanyobiekt typu obiektu, który może znajdować się pod tym adresem. Wartość wskaźnika staje się nieważna, gdy pamięć, którą oznacza, osiągnie koniec czasu jej przechowywania; patrz 6.7. —Końcówka] Dla celów arytmetyki wskaźników (8.7) i porównań (8.9, 8.10), wskaźnik znajdujący się za końcem ostatniego elementu tablicy x n elementów jest uważany za równoważny wskaźnikowi do hipotetycznego elementu x [ n]. Reprezentacja wartości typów wskaźników jest zdefiniowana w ramach implementacji. Wskaźniki do typów zgodnych z układem muszą mieć takie same wymagania dotyczące reprezentacji wartości i wyrównania (6.11) ...

Uwaga Wskaźnik za końcem ... nie ma tutaj zastosowania, ponieważ obiekty wskazywane przez p1i p2nie są niepowiązane , ale są zagnieżdżone w tym samym kompletnym obiekcie, więc arytmetyka wskaźników ma sens wewnątrz obiektu, który zapewnia pamięć: p2 - p1jest zdefiniowany i jest (&buffer[sizeof(int)] - buffer]) / sizeof(int)czyli 1.

Więc p1 + 1 jest wskaźnikiem *p2, *(p1 + 1) = 10;ma zdefiniowane zachowanie i ustawia wartość *p2.

Przeczytałem również załącznik C4 dotyczący kompatybilności między C ++ 14 a obecnymi (C ++ 17) standardami. Usunięcie możliwości stosowania arytmetyki wskaźnikowej między obiektami tworzonymi dynamicznie w pojedynczej tablicy znaków byłoby istotną zmianą, którą należałoby przytoczyć tam w IMHO, ponieważ jest to powszechnie stosowana funkcja. Ponieważ nic na ten temat nie istnieje na stronach dotyczących kompatybilności, myślę, że potwierdza to, że nie było intencją normy, aby tego zabronić.

W szczególności pokonałoby to wspólną dynamiczną konstrukcję tablicy obiektów z klasy bez domyślnego konstruktora:

class T {
    ...
    public T(U initialization) {
        ...
    }
};
...
unsigned char *mem = new unsigned char[N * sizeof(T)];
T * arr = reinterpret_cast<T*>(mem); // See the array as an array of N T
for (i=0; i<N; i++) {
    U u(...);
    new(arr + i) T(u);
}

arr może być następnie użyty jako wskaźnik do pierwszego elementu tablicy ...

Aby rozwinąć odpowiedzi udzielone tutaj, należy podać przykład tego, co moim zdaniem wyklucza zmienione sformułowanie:

Ostrzeżenie: niezdefiniowane zachowanie

#include <iostream>
int main() {
    int A[1]{7};
    int B[1]{10};
    bool same{(B)==(A+1)};

    std::cout<<B<< ' '<< A <<' '<<sizeof(*A)<<'\n';
    std::cout<<(same?"same":"not same")<<'\n';
    std::cout<<*(A+1)<<'\n';//!!!!!  
    return 0;
}

Z powodów całkowicie zależnych od implementacji (i delikatnych) możliwe wyniki tego programu to:

0x7fff1e4f2a64 0x7fff1e4f2a60 4
same
10

To wyjście pokazuje, że dwie tablice (w tym przypadku) są przechowywane w pamięci w taki sposób, że „jedna za końcem” zawiera Awartość adresu pierwszego elementu B.

Zmieniona specyfikacja zapewnia, że ​​niezależnie od A+1nigdy nie jest prawidłowym wskaźnikiem do B. Stara fraza „niezależnie od sposobu uzyskania wartości” mówi, że jeśli „A + 1” wskazuje na „B [0]”, to jest to prawidłowy wskaźnik do „B [0]”. To nie może być dobre i na pewno nie jest to intencja.