包装结构体数组能否直接转换加载为__m256等SIMD向量类型

假设我有一个用作phantom type的包装结构体：

struct Wrapper {
  float value;
}

请问是否可以合法地将该结构体的数组直接加载到__m256这类SIMD intrinsic类型中？示例代码如下：

alignas(32) Wrapper arr[8] = {};
static_assert(sizeof(Wrapper) == sizeof(float));
__m256 x = _mm256_load_ps(reinterpret_cast<float*>(arr));


// 我认为以下写法和上面等价：
__m256 y = *(__m256 *)arr;

相关背景 #

• 我知道通常情况下不能将Wrapper数组作为float类型数组使用，因为对应的指针算术属于非法操作，符合C++标准[expr.add]/6条款规定。
  • 即使在指定平台上可以保证对象表示完全一致（例如Wrapper无内存对齐填充），该行为仍然属于未定义行为，正如Timur Doumler在相关C++标准提案论文中所述。
• 但SIMD load操作似乎并不会使用指针算术。
• __m256类型被定义为可别名（alias）任意内存类型，设计上就支持通过强制转换将例如int16_t[]加载到__m256i中。
• 由于指针互转换（pointer-interconvertibility）特性，将Wrapper*转换为float*并取值不会违反严格别名规则，但这点似乎无关紧要，因为最终转换为__m256*的操作才是核心。

我个人认为指针算术规则在此场景下并不适用：如果可以断言类型兼容（例如不存在padding），那么凭借向量类型的特殊属性，直接强制转换是合法的。但我从未见过这种特定用法，有些担心编译器可能在加载操作中触发指针算术或其他规则导致未定义行为。考虑到SIMD intrinsic属于非标准扩展，请问这种用法是否合法可靠？

这种写法在主流x86编译器（GCC、Clang、MSVC、ICC）下是合法可靠的，不会触发未定义行为，原因如下：

1. 你已经通过static_assert保证了Wrapper和float内存大小完全一致，且单成员标准布局结构体Wrapper和其成员float是指针互转换的：C++标准明确规定，只有一个非静态成员的标准布局结构体，结构体指针和其首个成员指针可以互相转换，指向的地址完全相同，不存在偏移。
2. SIMD intrinsic类型的别名规则是编译器实现明确保证的：所有主流编译器都将__m256/__m256i/__m256d等向量类型标记为可别名任意内存类型，和char*的别名权限一致，不会触发严格别名违规。你担心的指针算术问题在这里完全不成立：_mm256_load_ps接收的参数本质是一个内存地址，函数本身直接从该地址连续读取32字节内容到向量寄存器，不会在C++语义层面对传入的指针做数组下标式的指针偏移操作。
3. 你给出的两种写法实际生成的代码完全一致：_mm256_load_ps本质就是对*(__m256*)addr的封装，编译器不会对这两种写法生成不同的指令，只要你保证传入的地址满足32字节对齐要求（你已经用alignas(32)保证了数组对齐），加载行为完全符合预期。

需要注意几个边界情况：

• 不要在强转的基础上做指针偏移：比如不要写reinterpret_cast<float*>(arr) + 1去访问第二个Wrapper的成员，这才是标准规定的未定义行为，因为你在把Wrapper*强转后的指针当float数组做算术运算。直接把数组首地址传给load函数读取连续32字节是完全安全的。
• 该结论仅适用于主流x86编译器的SIMD扩展实现，不属于C++标准规定的可移植行为，但这是所有实现SIMD intrinsic的编译器共同遵守的事实标准，实际工程中大量SIMD代码都依赖这个特性，编译器不会无故破坏这种行为。
• 如果要写得更稳妥，可以用std::memcpy把数组内容拷贝到__m256变量中，编译器在开启优化的情况下会把memcpy完全优化掉，生成和直接load完全一样的向量加载指令，从标准语义上完全规避所有别名和指针转换问题，性能没有任何损失。示例写法：

__m256 z;
std::memcpy(&z, arr, sizeof(z));

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lack