C++의 구조체 오프셋 및 포인터 안전성

Question

이 질문은 구조체 오프셋을 사용하여 포인터 산술을 사용하여 파생 된 포인터에 대한 것입니다.

다음 프로그램을 고려 :

는

#include <cstddef> 
#include <iostream> 
#include <new> 

struct A { 
    float a; 
    double b; 
    int c; 
}; 

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c); 

int main() { 
    A * a = new A{0.0f, 0.0, 5}; 
    char * a_storage = reinterpret_cast<char *>(a); 
    int * c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c)); 

    std::cout << *c << std::endl; 

    delete a; 
} 

이 프로그램은 기본 설정 및 C++ 11 표준을 사용하여, 일을하고 내가 테스트를 컴파일러에 예상되는 결과를 보인다.

(우리가 대신 char *의 void * 및 static_cast 대신 reinterpret_cast를 사용하여 밀접하게 관련 프로그램, 보편적. gcc 5.4 문제 무효 포인터 포인터 연산에 대한 경고를 받아 들여 clang 6.0은 void *와 포인터 연산이라고 말한다되지 않는다 오류입니다.)

이 프로그램은 C++ 표준에 따라 잘 정의 된 동작을합니까?

구현이 완화되었거나 엄격한 포인터 안전성 ([basic.stc.dynamic.safety])을 사용하는지 여부에 따라 대답이 달라 집니까?

Answer 1

코드에 근본적인 오류가 없습니다.

A이 일반적인 오래된 데이터가 아닌 경우 위의 것은 UB (C++ 17 이전)이며 조건부 지원 (C++ 17 이후)입니다.

char* 및 int*을 auto*으로 바꿀 수도 있지만 그게 스타일입니다.

멤버에 대한 포인터가 똑같은 방식으로 형식을 안전하게 사용한다는 점에 유의하십시오. 대부분의 컴파일러는 member ...에 대한 포인터를 해당 유형의 멤버의 오프셋으로 구현합니다. 그러나 그들은 비 포드 (non-pod) 구조에서도 모든 곳에서 일합니다.

제외 : offsetof이 표준에서 constexpr임을 보장하지 않습니다.)

어쨌든 바꾸

static constexpr auto off_c = offsetof(A, c); 

static constexpr auto off_c = &A::c; 

및

auto* a_storage = static_cast<char *>(a); 
    auto* c = reinterpret_cast<int *>(a_storage + off_c)); 

으로

auto* c = &(a->*off_c); 

으로

C++ 방식으로 할 수 있습니다.

Answer 2

특정 예제에서는 구조체가 표준 레이아웃이기 때문에 안전합니다. std::is_standard_layout<>을 사용하여이를 다시 확인할 수 있습니다.

struct A { 
    float a; 
    double b; 
    int c; 
    std::string str; 
}; 

문자열이 관련이 구조체의 일부 과거의 경우에도 불법 같습니다과 같은 구조체에 이것을 적용하려고

.

편집 있습니다 ABT에 관한 어떤 메신저

을 Heres : 3.7.4.3에서 [basic.stc.dynamic.safety]은 포인터가 안전하게 파생 말합니다 경우에만 (조건) 우리가있는 경우 엄격한 포인터 안전 그런 장소에서 오지 않으면 포인터가 유효하지 않습니다. 5.7 포인터 산술에서, 내가 배열 내에서 일반적인 산술을 할 수 있지만 내가 구조체 오프셋 산술 괜찮아요 말하고있는 아무 것도 볼 말합니다. 임 내가 그것을 생각하는 방식에 관련 이러면인지 알아 내려고, 또는 구조체 연산을 오프셋 (offset)를 가지는 경우는 가상의 "엄격한"impls에서 확인되지 않았거나 내가 잘못 5.7 (n4296)

을 읽으면 포인터 arithmatic을 수행하고 있는데, 의 배열에서 수행합니다. 크기는 적어도 sizeof(A)이므로 괜찮습니다. - 안전하게 파생 포인터의 잘 정의 된 포인터 변환 (4.10, 5.4)의 결과

: 두 번째 멤버로 다시 캐스팅 할 때 다음

, 당신은 (2.4)이 적용된다 값;

Answer 3

가정 사항을 검사해야합니다.

가정 # 1) offsetof는 바이트 단위의 올바른 오프셋을 제공합니다. 이것은 클래스가 "표준 레이아웃"으로 간주되는 경우에만 보장되며 가상 메서드가없는 등 여러 가지 제한이 있으며 여러 상속을 피할 수 있습니다.이 경우 괜찮을 것이지만 일반적으로 확실히하다.

가정 # 2) char는 바이트와 동일한 크기입니다. C에서는 정의에 의한 것이므로 안전합니다.

가정 # 3) offsetof는 데이터의 시작이 아니라 클래스에 대한 포인터에서 올바른 오프셋을 제공합니다. 이것은 기본적으로 # 1과 동일하지만 vtable이 확실히 문제가 될 수 있습니다. 다시 말하지만 표준 레이아웃에서만 작동합니다.