c++ - 作者基于 union 的可选 <bool> 实现在 P2641 中定义良好吗？

Question

在 P2641r4: Checking if a union alternative is active ，作者提供了 optional<bool> 的实现作为一个激励性的例子，并声称这是格式良好的。

struct OptBool {
  union { bool b; char c; };

  OptBool() : c(2) { }
  OptBool(bool b) : b(b) { }

  auto has_value() const -> bool {
    return c != 2;
  }

  auto operator*() -> bool& {
    return b;
  }
};

但是，我并不相信。即has_value()看起来并不安全，因为如果 bool是活跃的 union 成员，则 c != 2访问非事件成员并执行 union 类型双关。据我所知，这在 C++ 中是不允许的。

作者解释说这是无法完成的，因为正在读取不活动的 union 成员，并提供了以下实现:

  constexpr auto has_value() const -> bool {
    if consteval {
      return std::is_within_lifetime(&b);
    } else {
      return c != 2;
    }
  }

作者这句话的意思是什么？这是否意味着您无法读取常量表达式中的非事件 union 成员，但否则会被允许？ 该代码是否完全格式良好，或者是否依赖于允许在运行时进行 union 类型双关的编译器扩展？

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注意:这是 Is the author's implementation of an optional<bool> well-defined in P2641? 的姐妹问题其中讨论了其他实现。

Answer 1

我假设 operator* 像往常一样有一个先决条件，即已使用 OptBool(bool b) 重载。当可选值为空时使用 operator* 显然是 UB，但也不是预期用途。

当 b 是事件成员时，访问 c 具有未定义的行为，因为它必须超出生命周期。

这里的目的是查看对象表示，这可以通过添加看似不必要的强制转换来实现:

return *reinterpret_cast<unsigned char*>(reinterpret_cast<OptBool*>(&c)) != 2;

内部转换将产生一个指向 OptBool 对象的指针，因为 OptBool 是标准布局，并且可以与 c 子对象进行指针互换.

然后，外部转换将生成一个指向具有表达式类型 unsigned char* 的 OptBool 对象的指针。通过它进行访问并不违反别名。但是，目前尚未指定此访问应读取什么值。其目的是读取 OptBool 对象(以及 bool 或 char 对象)的对象表示形式的第一个字节，但是目前还没有指定会发生这种情况。有P1839试图解决这个问题。实际上，这是每个人都认为的行为，即使目前标准没有这么说，这是一个缺陷。

无论如何，实现当然假设了 bool 的特定实现，特别是它的大小、对齐方式和对象/值表示。