通过底层分配函数获取数组的正确方式

咱们先从基础说起，大部分底层内存分配函数返回的都是void *类型指针。最近我在琢磨一个问题：如果我想在分配到的这块内存上做指针运算，或者直接用它来分配一个数组，而且已知T是隐式生存期类型的话，下面这段写法是不是能避开未定义行为的正确操作？

template <typename T> auto* make_array(std::size_t N) {
    return std::launder(reinterpret_cast<T*>(
        ::operator new(N * sizeof(T), std::align_val_t(alignof(T)))
    ));
}

其实这个写法在符合条件的前提下是安全的，咱们拆解开来看细节：

• 首先，::operator new分配了足够容纳N个T对象的内存，并且通过std::align_val_t(alignof(T))指定了和T匹配的对齐要求，这一步直接保证了内存的大小和对齐都是完全合法的，不会出现对齐违规的问题。
• 接着用reinterpret_cast<T*>把void*转换成T*类型，这里因为T是隐式生存期类型，它不需要显式构造就能合法使用对应的内存空间（比如int、char这类基本类型，或者简单的聚合类型都属于这类），所以转换后的指针指向的内存是完全符合T的布局要求的。
• 最后调用std::launder是很关键的一步：如果这块内存之前被用于存储其他类型的对象，std::launder能确保我们拿到的指针是指向新的T数组元素的有效指针，彻底避开因为对象生存期重叠可能引发的未定义行为。

另外还有几个必须注意的点，不然很容易踩坑：

• 这个写法只适用于T是隐式生存期类型的情况，如果是非隐式生存期类型，必须显式调用构造函数初始化对象，不然直接用指针操作就是未定义行为。
• 关于指针运算：既然我们已经拿到了指向数组首元素的有效T*指针，那么在[0, N)范围内的指针偏移运算都是完全合法的，不会触发未定义行为。
• 内存释放要配对：用完这块内存后，一定要用::operator delete来释放，并且同样要指定对应的对齐值，保证分配和释放的操作完全匹配。

内容来源于stack exchange