C++中将仅含POD成员的包装结构体数组转为POD数组是否合法？

首先明确前提：你的Wrapper属于C++标准定义的标准布局类：

• 没有虚函数、虚基类
• 所有非静态数据成员的访问控制一致（struct默认public，仅包含Data一个非静态成员）
• 第一个非静态数据成员data是POD类型（本身也是标准布局）

根据C++标准规定，标准布局类的对象指针，和指向其第一个非静态数据成员的指针可以互相reinterpret_cast转换，且保证得到有效地址：

对于标准布局类型T的对象x，如果x的第一个非静态数据成员类型是U，那么reinterpret_cast<U*>(&x)一定是合法的，且能正确得到指向该成员的指针。

因此你如果仅用转换后的指针访问首元素：

Data* first_data = reinterpret_cast<Data*>(vec_of_wrappers.data());
// 仅访问 *first_data 是合法的

这个操作本身没有问题。

为什么当作数组用就是UB？ #

你代码中得到array_of_data后，如果执行类似array_of_data[1]、array_of_data + 2这类指针算术操作，100%属于未定义行为，原因有二：

• 指针算术的生效范围限制：C++标准仅允许在同一个数组的元素范围内执行指针算术。你原始的vec_of_wrappers.data()指向的是Wrapper类型的数组，每个元素是Wrapper对象，不是Data对象。哪怕Wrapper和Data的大小完全一致、内存布局没有任何填充，标准也不认可你可以把Wrapper数组当成Data数组做指针偏移。
• 严格别名规则冲突：C++的严格别名规则要求，不能通过不相关类型的指针访问同一个对象。你如果通过Data*指针访问原本属于Wrapper数组的后续元素，编译器的优化逻辑可能会认为这两个指针指向的内存没有关联，做出错误的优化，最终导致运行结果异常。

实现需求的合法方案 #

你要包装不可修改的POD类型、新增辅助函数、同时尽可能兼容原始POD的使用，有几个完全合法的实现方式：

• 给Wrapper添加隐式转换运算符：

  struct Wrapper {
      Data data;
      operator Data&() noexcept { return data; }
      operator const Data&() const noexcept { return data; }
      // 其余辅助函数不变
  };
  

  这样任意Wrapper对象都可以自动转换成Data的引用，单个使用时和原始Data完全没有区别。
• 如果确实需要连续的Data数组，直接遍历vector<Wrapper>逐个取出data成员的地址即可，这个操作没有任何额外性能开销。
• 单个Wrapper和Data之间的指针转换始终是合法的，不要对整个数组做转换即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ocelot