通过指向 class 的第一个成员的指针访问成员是否是未定义的行为

Question

我正在玩弄 class，我想用 operator[] 对其进行索引，同时还能够访问这些字段。

我在下面附上了我正在尝试做的事情的 MCVE，它能够通过变量本身访问成员变量，但也有一些指针偏移（例如：如果有一个 a, 和 b, 然后我可以通过名称访问 b, 或者如果它们是相同类型并且按顺序定位且没有填充，则通过 &a + 1 访问它).

我担心我会运行陷入未定义的行为并且不知道。最初我试图做一个 "union with 1) members that are floats, and 2) array of floats" 但我发现它是 undefined behavior。如果我在下面要做的是未定义的行为，但我尝试在标准中查找但找不到它（这显然并不意味着它不存在，我很容易错过它）。

由于我也在使用 CRTP 来执行此操作，因此我想既然我正在强制转换为自身，那么只要继承不提供任何成员就应该没问题。

为了确保这在 C++ 中可能是合法的，我添加了一堆静态断言：

确保它是标准布局，这样我就可以对其他静态断言使用 offsetof static_assert(std::is_standard_layout_v<Color>);
确保它是微不足道的 static_assert(std::is_trivial_v<Color>);
确保偏移量是连续的 static_assert(offsetof(Color, r) == 0);、static_assert(offsetof(Color, g) == sizeof(float));、static_assert(offsetof(Color, b) == 2 * sizeof(float));
确保没有向继承 static_assert(sizeof(Color) == 3 * sizeof(float));

代码：

#include <iostream>

using namespace std;

template <typename T>
class ColorCRTP {
    T& getInstance() {
        return *static_cast<T*>(this);
    }

public:
    // Is it UB to do this when we set values from the
    // fields themselves in the actual class?
    float& operator[](size_t index) {
        // Assume the inheriting class *always* is only a
        // series of sequential members of the exact same
        // type.
        return *(&getInstance().r + index);
    }
};

struct Color : ColorCRTP<Color> {
    float r;
    float g;
    float b;

    Color() = default;
    Color(float r, float g, float b) : r(r), g(g), b(b) { }
};

// Do these help guarantee that I am not performing UB?
static_assert(std::is_standard_layout_v<Color>);
static_assert(std::is_trivial_v<Color>);
static_assert(offsetof(Color, r) == 0);
static_assert(offsetof(Color, g) == sizeof(float));
static_assert(offsetof(Color, b) == 2 * sizeof(float));
static_assert(sizeof(Color) == 3 * sizeof(float));

int main() {
    Color c{0.5f, 0.75f, 1.0f};

    c.g = 0.123f;        
    cout << c[1] << " = " << c.g << endl;

    c[1] = 0.321f; // This is legal or UB?
    cout << c[1] << " = " << c.g << endl;
}

我这样做是否违反了标准并调用了未定义的行为？当然，假设没有提供超出范围的索引。

由于 r 是第一个成员，我不知道 6.7.2 part 4.3 是否让我更加安心，因为我以安全的方式引用了第一个成员。

Answer 1

您的程序的行为未定义。

指针算法只在数组中有效。而r、g、b不构成数组。

您最好的选择是使用包含 3 个标签的 switch 块重新编码 float& operator[](size_t)。

通过指向 class 的第一个成员的指针访问成员是否是未定义的行为

Is it undefined behavior to access members through a pointer to the first member of the class

c++

undefined-behavior

c++17