C++访问不属于对象本身的内存

Question

我想这听起来很奇怪，但我正在为硬件设备创建一些低级代码。根据具体条件，我需要分配比实际结构需要更多的空间，在那里存储信息并将对象本身的地址传递给调用者。

当用户释放这样的对象时，我需要在实际释放该对象之前读取这些信息。

目前，我正在使用简单的指针操作来获取地址（类或额外空间的地址）。然而，我认为如果我在内部（！）类型的成员函数中进行指针算术，会更容易理解。处理地址的分配器是唯一知道这一内部类型的分配器。换句话说，返回给用户的类型是不同的。

下面的例子说明了我的意思：

struct foo
{
    int& get_x() { return reinterpret_cast<int*>(this)[-2]; }
    int& get_y() { return reinterpret_cast<int*>(this)[-1]; }

    // actual members of foo

    enum { size = sizeof(int) * 2 };
};


int main()
{
    char* p = new char[sizeof(foo) + foo::size];
    foo* bar = reinterpret_cast<foo*>(p + foo::size);

    bar->get_x() = 1;
    bar->get_y() = 2;

    std::cout << bar->get_x() << ", " << bar->get_y() << std::endl;

    delete p;
    return 0;
}

这样做有争议吗？

Answer 1

这样做似乎不必要地复杂。如果我要实现这样的东西，我会采取一种更简单的方法：

#pragma pack(push, 1)
struct A
{
   int x, y;
};

struct B
{
   int z;
};
#pragma pack(pop)

// allocate space for A and B:
unsigned char* data = new char[sizeof(A) + sizeof(B)];

A* a = reinterpret_cast<A*>(data);
B* b = reinterpret_cast<B*>(a + 1);

a->x = 0;
a->y = 1;
b->z = 2;

// When deallocating:
unsigned char* address = reinterpret_cast<unsigned char*>(a);

delete [] address;

这种实现略有不同，但（在我看来）更容易理解，并且不依赖于对存在或不存在的内容的深入了解。如果指针的所有实例都分配为 unsigned char 并按此删除，则用户不需要跟踪除块中的第一个地址之外的特定内存地址。

Answer 2

非常简单的想法：将额外的逻辑包装在工厂中，该工厂将为您创建对象并以智能方式删除它们。

Answer 3

您还可以将结构创建为一个更大的对象，并使用工厂函数返回该结构的实例，但转换为一个更小的对象，该对象基本上充当该对象的句柄。例如：

struct foo_handle {};

struct foo
{
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;

    int& get_a() { return a; }
    int& get_b() { return b; }
    //...more member methods

    //static factory functions to create and delete objects
    static  foo_handle* create_obj() { return new foo(); }
    static void delete_obj(foo_handle* obj) { delete reinterpret_cast<foo*>(obj); }
};

void another_function(foo_handle* masked_obj)
{
    foo* ptr = reinterpret_cast<foo*>(masked_obj);
    //... do something with ptr
}

int main()
{
    foo_handle* handle = foo::create_obj();
    another_function(handle);
    foo::delete_obj(handle);

    return 0;
}

现在您可以隐藏 foo 结构中可能需要的任何额外空间，对于工厂函数的用户来说，指针的实际值并不重要，因为它们主要与对象的不透明句柄。

Answer 4

看来您的问题是流行的 结构的候选者破解。

“struct hack”在技术上是未定义的行为吗？