C++类成员指针：p2>p1合法时p2-p1是否有效？

类的非静态成员指针可以进行比较，结果由成员的声明顺序决定。比如下面的代码是合法的，执行后返回true（即1）：

struct A {
    int a0 = 1;
    int a1 = 2;
};

consteval int foo()
{
    A a;
    int* p1 = &a.a0;
    int* p2 = &a.a1;
    return p2 > p1;
}

int main()
{
    return foo();
}

基于这个特性，很多人会认为p2 - p1应该返回两个int成员之间的对象间距（即1），这在运行时的代码中确实能得到预期结果：

struct A {
    int a0 = 1;
    int a1 = 2;
};

int foo()
{
    A a;
    int* p1 = &a.a0;
    int* p2 = &a.a1;
    return p2 - p1;
}

int main()
{
    return foo();
}

但在编译期（比如使用consteval限定函数），三大主流编译器的表现却截然不同：

• GCC编译通过，返回预期的1；
• Clang直接提示未定义行为，对应的提示信息为：

  subtracted pointers are not elements of the same array

• MSVC编译通过，但返回的是字节间距4，而非预期的对象间距1。

哪种编译器的行为是正确的？ #

根据C++标准的定义，指针减法操作只有在两个指针指向**同一数组对象的元素（或数组末尾的下一个位置）**时，才是定义良好的。类的非静态成员尽管在内存布局中可能连续排列（无填充的情况下），但每个成员都是独立的对象，并不属于同一个数组。

运行时编译器能得到预期结果，只是利用了内存布局的连续性做优化，这属于未定义行为中“表现符合预期”的巧合，标准并不保证这种行为的一致性。

回到编译期的表现：

• Clang的行为严格符合标准：它在编译期就检测到违反指针减法的规则，直接报告未定义行为，这是标准要求的正确处理方式。
• GCC的行为属于对未定义行为的“宽容处理”，虽然得到了预期结果，但这是编译器的非标准优化，并不符合标准规范。
• MSVC返回字节间距的行为，同样是基于自身内存布局的实现逻辑，但也不符合标准中指针减法的定义，属于未定义行为的一种表现。

简言之，只有Clang的行为严格遵循了C++标准，GCC和MSVC的行为都是未定义行为的不同实现表现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者doug