C++严格别名规则在数组与动态分配内存中的作用机制探讨

我找不到涵盖严格别名规则所有边缘情况的资料。我理解在C++中访问特定地址上不存在的对象属于未定义行为（UB），比如把uint32_t*转换成float*并访问是非法的，因为该地址没有存活的float对象，而启动这类对象生命周期的唯一方式是使用placement new，简单赋值并不足够。基于此我有以下问题：

// CASE 1
uint64_t arr[8] = {}; //每个元素的动态类型现在是uint64_t？

for(int ii = 0; ii < 8; ++ii){
    new (arr+ii) double(3.14); //动态类型现在变成double？
}

arr[0] = 10; //以uint64_t类型解引用，但动态类型是double？我猜这违反严格别名规则？


// CASE 2
uint64_t* arr = new uint64_t[8]; //每个元素的动态类型现在是uint64_t？

// CASE 3
uint64_t* mal_arr = (uint64_t*)malloc(8*sizeof(uint64_t)); //动态类型现在是void？

mal_arr[0] = 10; //如果确实是void，这肯定非法，对吗？

逐个案例分析 #

CASE 1

• 初始行uint64_t arr[8] = {};：每个元素的动态类型确实是uint64_t，数组初始化会直接创建8个uint64_t对象并置零。
• 循环中的new (arr+ii) double(3.14);：placement new会在原有uint64_t对象的地址上构造double对象，这会自动结束原uint64_t对象的生命周期，此时每个数组位置的动态类型变为double。
• arr[0] = 10;：这里是通过uint64_t类型的左值去访问动态类型为double的对象，确实违反了严格别名规则，属于未定义行为。严格别名规则明确：除非是字符类型（char/unsigned char/std::byte）这类允许的例外，否则不能用与对象动态类型不匹配的类型去访问它。

CASE 2

uint64_t* arr = new uint64_t[8];：每个元素的动态类型就是uint64_t。new[]会为8个uint64_t对象分配内存并完成初始化（内置类型默认值为0），此时静态类型和动态类型完全匹配，没有问题。

CASE 3

• uint64_t* mal_arr = (uint64_t*)malloc(8*sizeof(uint64_t));：malloc只分配原始内存，不会创建任何对象，所以不存在“动态类型为void”的说法——void根本不是对象类型。
• mal_arr[0] = 10;：这行代码的合法性分版本：
  • C++20之前：属于未定义行为，因为此时内存上没有uint64_t对象，直接赋值访问相当于操作一个不存在的对象。必须先用placement new构造对象，比如new(mal_arr) uint64_t(10);才能合法访问。
  • C++20及以后：新增了隐式对象创建规则，对于像uint64_t这样的平凡可析构类型，直接赋值会自动在内存上隐式创建对象，此时这行代码是合法的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者arc31