类型双关主题的变化：就地琐碎构造

我知道这是一个很普通的主题，但是尽管很容易找到典型的UB，但到目前为止我还没有找到这个变体。

因此，我尝试正式引入Pixel对象，同时避免实际复制数据。

这有效吗？

struct Pixel {
    uint8_t red;
    uint8_t green;
    uint8_t blue;
    uint8_t alpha;
};

static_assert(std::is_trivial_v<Pixel>);

Pixel* promote(std::byte* data, std::size_t count)
{
    Pixel * const result = reinterpret_cast<Pixel*>(data);
    while (count-- > 0) {
        new (data) Pixel{
            std::to_integer<uint8_t>(data[0]),
            std::to_integer<uint8_t>(data[1]),
            std::to_integer<uint8_t>(data[2]),
            std::to_integer<uint8_t>(data[3])
        };
        data += sizeof(Pixel);
    }
    return result; // throw in a std::launder? I believe it is not mandatory here.
}

预期使用模式，已大大简化：

std::byte * buffer = getSomeImageData();
auto pixels = promote(buffer, 800*600);
// manipulate pixel data

进一步来说：

• 此代码是否具有定义明确的行为？
• 如果是，使用返回的指针是否安全？
• 如果是，Pixel可以将其扩展到其他什么类型？（放宽is_trivial限制？像素只有3个分量？）。

clang和gcc都将整个循环优化为空，这就是我想要的。现在，我想知道这是否违反了某些C ++规则。

Godbolt链接，如果您想使用它。

（注意：尽管有std::byte，但我没有标记c ++ 17 ，因为问题在于使用char）

将结果promote用作数组是未定义的行为。如果我们查看[expr.add] /4.2，

否则，如果if P指向ix具有n元素（[dcl.array]）的数组对象的数组元素，则表达式P + Jand J + P（where J的值是j）指向if 的（可能是假设的）数组元素 i+j，而表达式则指向（可能-假设的）数组元素 的如果。x0≤i+j≤nP - Ji−jx0≤i−j≤n

我们看到它需要指针实际指向数组对象。您实际上没有数组对象。您有一个指向单个指针的指针，而该指针Pixel恰好Pixels在连续内存中紧随其后。这意味着您实际上可以访问的唯一元素是第一个元素。尝试访问其他任何内容都是未定义的行为，因为您已经超出了指针的有效域的范围。

您已经有了关于有限使用返回的指针的答案，但是我想补充一点，我也认为您std::launder甚至需要能够访问第一个指针Pixel：

在reinterpret_cast任何之前完成Pixel对象被创建（假设你不这样做getSomeImageData）。因此reinterpret_cast不会更改指针值。结果指针仍将指向std::byte传递给该函数的数组的第一个元素。

当您创建的Pixel对象，他们将要嵌套的内部std::byte阵列和std::byte阵列将提供存储的Pixel对象。

在某些情况下，存储的重用会导致指向旧对象的指针自动指向新对象。但这不是这里发生的情况，因此result仍将指向std::byte对象，而不是Pixel对象。我想使用它好像指向一个Pixel对象在技术上将是未定义的行为。

我认为，即使您reinterpret_cast在创建Pixel对象之后进行此操作，这仍然成立，因为该Pixel对象及其std::byte为其提供存储的对象不是指针可互换的。因此，即使那样，指针也将继续指向std::byte，而不是Pixel对象。

如果从新放置之一的结果中获得了要返回的指针，那么就可以访问该特定Pixel对象而言，一切都应该没问题。

另外，您还需要确保std::byte指针正确对齐，Pixel并且数组确实足够大。据我所知，该标准实际上并没有要求Pixel具有相同的对齐方式std::byte或没有填充。

同样，这都不取决于Pixel琐事或其他任何其他属性。只要std::byte数组具有足够的大小并针对Pixel对象适当对齐，所有内容的行为方式都相同。