如何在字节存储中获取对齐指针并预估异构对象存储需求？

存储场景 #

我有两种形式的字节数组存储：

• 栈上存储（无对齐要求）：

// storage on the stack, no requirement on alignment
unsigned char storage[N];

• 堆上存储（无对齐要求）：

// storage on the heap, no requirement on alignment
unsigned char *storage = new unsigned char[N*sizeof(T)];

参照monotonic_resource_buffer的设计思路，某一时刻我持有存储内某字节的有效指针p，希望找到下一个适合放置T类型对象的对齐地址（缓冲区中p之后无其他存活对象）。

使用std::align的尝试与问题 #

我尝试用std::align实现，但存在几个问题：

// let p a pointer to a byte inside storage, originally set to storage
// issue storage+N-p is std::ptrdiff_t not std::size_t
// remaining storage should probably be kept up to date manually into a dedicated variable

// properly aligned storage to hold M contiguous T objects or nullptr
std::align(alignas(T),M,p,storage+N-p);
// or (using a dedicated variable)
std::align(alignas(T),M,p,remaining_space);
// major issue, the required remaining_space cannot be known in advance AFAIU,
// it may lead to expansive reallocation(s) and copy(ies)

（注：上述代码存在笔误，应使用alignof而非alignas，为不影响讨论保留原样）

问题点：

1. storage+N-p的类型是std::ptrdiff_t，但std::align要求剩余空间参数为std::size_t，类型不匹配；
2. 核心问题是无法提前预估所需的remaining_space，这可能导致频繁且开销高昂的重分配与复制操作。

指针转整数运算的标准限制 #

此前我考虑过将指针转换为std::uintptr_t后做整数运算，来检查或调整对齐、计算空间需求，无需使用std::align。但根据C++标准：

The value representation of pointer types is implementation-defined

仅数组内的指针运算有抽象定义，无法依赖reinterpret_cast<std::uintptr_t>(p)得到的整数值进行整数运算来计算对齐位置和所需缓冲区大小。

另外，关于「通过指针的整数值检查指针对齐是否良定义」的讨论也印证了这一点——直接依赖指针转整数后的运算判断对齐不符合标准，因为指针的数值表示由实现决定，无法保证跨平台一致性。

核心疑问 #

是否存在可移植且符合C++标准的方法，能够提前预估异构对象存储的空间需求？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Oersted