유형 punning 테마의 변형 : 적절한 사소한 구성

나는 이것이 매우 일반적인 주제라는 것을 알고 있지만 일반적인 UB를 쉽게 찾을 수있는 한 지금 까지이 변형을 찾지 못했습니다.

따라서 실제 데이터 사본을 피하면서 Pixel 객체를 공식적으로 소개하려고합니다.

이것이 유효합니까?

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.
}

예상되는 사용 패턴, 크게 단순화 :

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

더 구체적으로:

• 이 코드에는 잘 정의 된 동작이 있습니까?
• 그렇다면 반환 된 포인터를 사용하는 것이 안전합니까?
• 그렇다면 다른 Pixel유형으로 확장 할 수 있습니까? (3 개의 구성 요소 만있는 is_trivial 제한? 픽셀을 완화합니까?).

clang과 gcc는 전체 루프를 무용지물로 최적화합니다. 이제 이것이 이것이 일부 C ++ 규칙을 위반하는지 여부를 알고 싶습니다.

Godbolt 와 함께 놀고 싶다면 링크 하십시오.

(참고 : std::byte질문 에도 불구하고 c ++ 17 태그를 지정하지 않았습니다. char)

결과를 promote배열로 사용하는 것은 정의되지 않은 동작 입니다. 우리가 보면 [expr.add] /4.2 우리는이

그렇지 않은 경우, P배열 요소 포인트 i배열 개체x 와 n요소 ([dcl.array]) 식 P + J및 J + P(여기서 J의 값을 갖는다 j)을 (아마도-가설) 배열 요소 점 i+j의 x경우 0≤i+j≤n와 식 P - J받는 점 ( 가능성 - 가설) 배열 요소 i−j의 x경우 0≤i−j≤n.

포인터가 실제로 배열 객체를 가리켜 야한다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 배열 객체는 없습니다. 인접한 메모리에서 Pixel다른 것을 Pixels따라가는 싱글에 대한 포인터가 있습니다. 즉, 실제로 액세스 할 수있는 유일한 요소는 첫 번째 요소입니다. 포인터의 유효한 도메인 끝을 지났으므로 다른 것에 액세스하려고하면 정의되지 않은 동작이됩니다.

반환 된 포인터의 제한된 사용에 대한 답변이 이미 있지만 std::launder첫 번째에도 액세스 할 수 있다고 생각합니다.Pixel .

는 reinterpret_cast어떤 전에 완료 Pixel객체가 생성 (당신이 그렇게하지 가정 getSomeImageData). 따라서 reinterpret_cast포인터 값이 변경되지 않습니다. 결과 포인터는 여전히 첫 번째 요소를 가리 킵니다.std::byte 함수에 전달 배열 .

Pixel객체 를 만들면 객체 가 어레이 내에 중첩std::byte 되고 std::byte어레이가 스토리지 를 제공 합니다.Pixel 객체에 합니다.

저장 영역을 재사용하면 이전 오브젝트에 대한 포인터가 자동으로 새 오브젝트를 가리키게되는 경우가 있습니다. 그러나 이것은 여기서 일어나는 일이 아니므로 result여전히 std::byte대상이 아닌 대상을 가리킬 것 Pixel입니다. 마치 Pixel객체를 가리키는 것처럼 기술적으로 정의되지 않은 동작 이되는 것처럼 사용합니다 .

객체를 reinterpret_cast생성 한 후 Pixel객체를 생성 한 후에도 객체를 저장 하는 Pixel객체 std::byte는 포인터 상호 변환 이 불가능하기 때문에 여전히 유지한다고 생각합니다 . 따라서 포인터가 객체가 std::byte아닌 을 계속 가리 킵니다 Pixel.

새로운 배치 중 하나의 결과에서 리턴 할 포인터를 얻은 경우 해당 특정 Pixel오브젝트에 대한 액세스와 관련하여 모든 것이 정상이어야합니다 .

또한 std::byte포인터가 적절하게 정렬 Pixel되고 배열이 실제로 충분히 큰지 확인해야합니다 . 내가 기억하는 한, 표준은 실제로 Pixel정렬과 같 std::byte거나 패딩이없는 것을 요구하지 않습니다.

또한 이것 중 어느 것도 Pixel사소하거나 실제로 다른 재산에 의존하지 않습니다 . std::byte배열의 크기가 충분하고 Pixel객체에 적합하게 정렬되는 한 모든 것이 동일한 방식으로 작동 합니다.