将联合体首成员reinterpret_cast为活跃成员类型是否属于C++未定义行为？

你给出的这段访问操作属于未定义行为，C++标准没有对该操作的行为做明确定义。

首先我们先梳理代码中已确认合法的部分：

struct A { int i; };
struct B { std::string s; };

struct C
{
    union
    {
        A a{};
        B b;
    };
};

void foo()
{
    C c;        // 匿名联合体默认初始化，a是活跃成员，符合标准要求
    c.b = {};   // 对b的赋值操作自动将b切换为活跃成员，这一步本身合法
    // 问题出在下面这行代码
    auto& b = reinterpret_cast<B&>(c.a); 
}

问题出在reinterpret_cast<B&>(c.a)这行，主要有两个违反C++标准的点：

• 违反严格别名规则：C++明确规定，对象的存储只能通过和对象类型兼容的左值访问，兼容类型包括和对象相同的类型、带const/volatile等限定的相似类型、char/unsigned char/std::byte三类字符类型。A和B是完全无关的自定义类型，不属于上述任意一种兼容范畴，直接将A类型的左值c.a转成B类型引用访问B对象，属于典型的别名违规。
• 违反联合体成员访问规则：执行c.b = {}后联合体的活跃成员已经变为b，c.a是失效的非活跃成员，直接对非活跃成员做类型转换来访问另一个成员，不符合标准对联合体访问的约束。就算你明确知道联合体所有成员的起始地址相同，也不能直接这么操作，合法的跨成员地址转换必须基于联合体本身的指针/引用做转换，而不是基于非活跃成员的左值。

如果确实需要通过联合体的存储拿到当前活跃的b的引用，合法的写法如下（仅作语法合法演示，实际工程不推荐这种跨成员访问的写法）：

auto& b = std::launder(reinterpret_cast<B&>(c));

这个写法基于联合体本身的左值做转换，符合C++20及之后版本的标准要求，是明确定义的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Timo