C++标准是否允许对标准布局结构体的同类型成员执行指针运算？

你示例中对struct成员指针做算术运算的行为属于未定义行为，C++20标准没有任何条款保证&m.a + 1 == &m.b成立，即使MyStruct是标准布局类型。

规则依据 #

1. 指针算术的有效范围 #

C++20 [expr.add] 章节明确限定了指针算术的合法场景：

• 仅当指针指向某个数组的元素时，对该指针做加减整数的运算才具备明确定义，运算结果不能超出数组边界（含尾后一个位置）。
• 指向单个非数组对象的指针，视为指向长度为1的数组的第0位元素，仅允许做+1运算得到合法的尾后指针，该尾后指针不可解引用，也不保证指向其他有效对象。

你给出的数组示例是完全合法的，因为所有指针操作都在int m[3]的数组范围内：

// Legit
int m[3] = {0, 1, 2};
int const *p = m;
std::cout << *p << *(p + 1) << *(p + 2) << std::endl;

但对struct成员的指针操作不符合上述要求：&m.a指向的是单个int成员，不属于任何数组，因此p+1只是合法的尾后指针，解引用*(p+1)的行为完全未定义，也不保证指向相邻的m.b成员。

2. 标准布局struct的布局约束 #

C++20 [class.prop] 章节对标准布局struct的成员布局仅做了最低限度的强制要求：

• 相同访问控制层级的非静态数据成员，按声明顺序地址递增排列，因此&m.a < &m.b < &m.c必然成立，这也是你可以比较不同成员指针大小的依据。
• 首个非静态数据成员的地址与struct对象本身的地址相等。
• 标准允许编译器在任意两个成员之间、struct末尾插入任意字节的填充以满足对齐要求，即使相邻成员是完全相同的基础类型，也没有禁止插入填充的规定。

虽然绝大多数主流编译器在同类型基础成员之间不会插入填充，使得你给出的示例代码在实际运行中大概率能得到预期结果，但这属于编译器实现的特定行为，不是C++标准的强制要求，依赖这种行为的代码不具备可移植性，也不符合标准规范。

合法替代方案 #

如果需要连续访问多个同类型的属性，最安全的做法是直接将其定义为数组成员：

struct MyStruct {
    int vals[3];
};
static_assert(std::is_standard_layout_v<MyStruct>);

MyStruct m = {0, 1, 2};
int const *p = m.vals;
std::cout << *p << *(p + 1) << *(p + 2) << std::endl;

上述代码完全符合C++标准要求，具备100%的可移植性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Adrian McCarthy