关于C++标准中数组新创建子对象的指针运算及对象重写有效性的技术问询

首先咱们把问题拆解清楚：你给出的这段代码里，核心疑问是foreign_function中标记为(*)的char* pointer5 = p_object4 + 6;这个指针算术操作是否符合C++标准，进而判断后续重写object3的操作是否有效。先贴出完整代码方便参考：

#include <iostream>

void foreign_function(short* s);

int main() {
    alignas(8) char object1[16];
    short* p_object2 = new(object1 + 2) short(10);  // 创建short类型的object2
    long* p_object3 = new(object1 + 8) long(100);   // 创建long类型的object3

    foreign_function(p_object2);
    std::cout << *p_object3  << std::endl;
}

void foreign_function(short* s) {
    char* p_object4 = new(s) char();  // 创建char类型的object4
    char* pointer5 = p_object4 + 6;   // (*) 核心疑问的指针算术操作
    new(pointer5) long(1000);  // 尝试透明替换原object3
}

接下来结合C++标准（N4861版本）的相关条款一步步分析：

一、梳理各对象的生命周期与存储关系 #

• object1是alignas(8)修饰的char[16]数组，它的生命周期从main启动直到结束，全程未被整体销毁或重用，因此生命周期始终有效。
• 用placement new创建object2（short类型）在object1+2位置时，根据[intro.object]第3段规则，object1为object2提供了存储，因此object1的生命周期不会终止，但object1中被object2覆盖的第2、3个char元素（对应索引2、3）的生命周期会结束（存储被重用，符合[basic.life]第1.5段）。
• 同理，创建object3（long类型）在object1+8位置时，object1中对应索引8到11的char元素生命周期结束。
• 进入foreign_function后，在s（即object2的地址）创建object4（char类型）：此时object2的存储被重用，生命周期结束；而根据[intro.object]第2段规则，object4会成为object1的子对象——因为object1生命周期仍在，object4的存储完全在object1范围内，且类型与object1的元素类型一致（均为char）。

二、核心疑问：p_object4 + 6的指针算术是否合法？ #

这部分的关键是判断p_object4是否可被视为指向object1数组的一个元素的指针，因为[expr.add]第4.2段明确要求：只有当原始指针指向数组对象的某个元素时，指针算术的结果才能指向该数组的其他元素（或超出末尾一个位置），否则行为未定义。

根据[intro.object]第2段的规则，object4是object1的子对象，且类型与object1的元素类型完全一致，创建位置正好是object1原来的第2个元素（索引2）的位置。此时p_object4本质上就是指向object1数组索引2处元素的指针——虽然该位置原来的char元素生命周期已结束，但新创建的object4作为object1的子对象，完全承接了这个数组元素的“身份”。

p_object4 + 6的计算结果指向object1数组索引2+6=8处的元素，这个位置在object1的16个元素范围内（索引0-15），完全符合[expr.add]第4.2段的要求，因此这个指针算术操作是合法的。

三、重写object3的操作是否有效？ #

当用pointer5（指向object1+8）通过placement new创建新的long对象时：

• 原object3的存储被重用，其生命周期根据[basic.life]第1.5段终止。
• 新创建的long对象与原object3类型完全一致，存储完全重叠，且原object3类型非const、也不包含const成员或引用成员，符合[basic.life]第8段的“透明替换”规则。因此后续std::cout << *p_object3的操作是合法的，会输出新对象的值1000。

总结：你代码中的指针算术操作合法，重写object3的操作也完全符合当前C++标准的要求。

备注：内容来源于stack exchange，提问作者hogeegoh