可以是一个联合成员别名的联盟吗？

Question

提出这个问题 ：

C11标准声明指向联合的指针可以转换为指向其每个成员的指针。 从第6.7.2.1.1节开始：

联合的大小足以包含其最大的成员。 最多一个成员的值可以随时存储在union对象中。 指向适当转换的union对象的指针指向其每个成员 （或者如果成员是位字段，则指向它所在的单位），反之亦然。

这意味着您可以执行以下操作：

union u {
    int a;
    double b;
};

union u myunion;
int *i = (int *)&u;
double *d = (double *)&u;

u.a = 2;
printf("*i=%d\n", *i);
u.b = 3.5;
printf("*d=%f\n", *d);

但是相反的情况呢：在上述联合的情况下， int *或double *可以安全地转换为union u *吗？ 请考虑以下代码：

#include <stdio.h>

union u {
    int a;
    double b;
};

void f(int isint, union u *p)
{
    if (isint) {
        printf("int value=%d\n", p->a);
    } else {
        printf("double value=%f\n", p->b);
    }
}

int main()
{
    int a = 3;
    double b = 8.25;
    f(1, (union u *)&a);
    f(0, (union u *)&b);
    return 0;
}

在这个例子中，指向int和double指针（两者都是union u成员）被传递给一个需要union u *的函数。 将一个标志传递给函数以告诉它要访问哪个“成员”。

假设，在这种情况下，访问的成员匹配实际传入的对象的类型，上述代码是否合法？

我在gcc 6.3.0上使用-O0和-O3编译了这两个，并且都给出了预期的输出：

int value=3
double value=8.250000

Answer 1

在这个例子中，指向int和double的指针（两者都是union u的成员）被传递给一个需要union u *的函数。 将一个标志传递给函数以告诉它要访问哪个“成员”。

假设，在这种情况下，访问的成员匹配实际传入的对象的类型，上述代码是否合法？

您似乎关注的是关于union成员类型的严格别名规则的分析。 但是，给定

union a_union {
    int member;
    // ...
} my_union, *my_union_pointer;

，我倾向于认为形式为my_union.member和my_union_pointer->member union a_union除了访问成员类型的对象union a_union ，还表示访问union a_union类型的对象的存储值。 因此，如果my_union_pointer实际上没有指向其有效类型为union a_union的对象，则确实存在违反严格别名规则的情况 - 关于类型union a_union - 因此行为未定义。

Answer 2

标准没有给出使用成员类型的左值访问struct或union对象的一般权限，也没有 - 据我所知 - 它是否给予任何特定的权限来执行此类访问，除非该成员恰好是字符类型。 它也没有定义任何将int*转换为union u*可以创建一个尚未存在的行为的方法。 相反，创建任何将作为union u访问的存储意味着同时在该存储中创建union u对象。

相反，标准（引用自C11草案N1570的参考文献）依赖于实施来应用脚注88（ 该列表的目的是指定对象可能或可能没有别名的情况。 ）并且认识到“严格别名规则“（6.5p7）只应在一个对象被引用时通过它自己的类型的左值和一个看似无关的另一个类型的左值在一个特定的函数或循环执行期间被引用[即当对象别名其他一些时左值。

当两个左值可能被视为“看似无关”时，以及何时应该实现它们之间的关系时，问题是实施质量问题。 Clang和gcc似乎认识到形式为unionPtr->value和unionPtr->value[index]与*unionPtr ，但似乎无法识别出这些unionPtr->value[index]指针与unionPtr有任何关系。 因此，他们将认识到unionPtr->array1[i]和unionPtr->array2[j]访问*unionPtr （因为通过[]数组下标似乎与数组到指针衰减的处理方式不同），但是不会识别*(unionPtr->array1+i)和*(unionPtr->array2+j)同样如此。

附录 - 标准参考：

特定

union foo {int x;} foo,bar;
void test(void)
{
  foo=bar;   // 1
  foo.x = 2; // 2
  bar=foo;   // 3
}

标准会将foo.x的类型描述为int 。 如果第二个语句没有访问foo的存储值，那么第三个语句将不起作用。 因此，第二个语句使用int类型的左值访问union foo类型的对象的存储值。 看N1570 6.5p7：

对象的存储值只能由具有以下类型之一的左值表达式访问:(脚注88）

• 与对象的有效类型兼容的类型，
• 与对象的有效类型兼容的类型的限定版本，
• 与对象的有效类型对应的有符号或无符号类型的类型，
• 与有效类型的对象的限定版本对应的有符号或无符号类型的类型，
• 聚合或联合类型，包括其成员中的上述类型之一（包括递归地，子聚合或包含联合的成员），或者
• 一个字符类型。

脚注88）此列表的目的是指定对象可能或可能不具有别名的情况。

请注意，上面没有给出使用类型为int的左值来访问union foo类型的对象的权限。 因为上面是一个约束，所以任何违反都会调用UB， 即使该构造的行为否则将由标准定义 。

Answer 3

关于严格别名，从指针到类型（例如&a ）到包含该类型的指针到联合没有问题。 这是严格别名规则C17 6.5 / 7的例外之一：

对象的存储值只能由具有以下类型之一的左值表达式访问：
- 与对象的有效类型兼容的类型，/ - /
- 聚合或联合类型，其成员中包含上述类型之一

所以只要union包含一个int / double ，就可以进行严格的别名。 指针转换本身也是明确定义的。

当您尝试访问内容时会出现问题，例如int的内容为较大的double 。 这可能是UB的原因有很多 - 我至少可以想到C17 6.3.2.3/7：

指向对象类型的指针可以转换为指向不同对象类型的指针。 如果对于引用的类型，结果指针未正确对齐^69） ，则行为未定义。

非规范性脚注提供更多信息：

^69）一般来说，“正确对齐”的概念是传递性的：如果指向类型A的指针正确地对齐指向类型B的指针，而指针又针对指向类型C的指针正确对齐，则指向类型A的指针是正确对齐指向类型C的指针

Answer 4

不，这不正式。

在C中你可以做任何事情，它可以工作，但像这样的结构是炸弹。 任何未来的修改都可能导致重大失败。

联盟保留了内存空间来容纳其中最大的元素：

联合的大小足以包含其最大的成员。

反过来，空间不够。

考虑：

union
{
    char a;
    int b;
    double c;
} myunion;
char c;
((union myunion *)&c)->b = 0;

会造成内存损坏。

标准定义的含义：

最多一个成员的值可以随时存储在union对象中。 指向适当转换的union对象的指针指向其每个成员（或者如果成员是位字段，则指向它所在的单位），反之亦然。

强制每个联合成员从联合起始地址开始，并隐含地声明编译器应在每个元素的合适边界上对齐联合 ，这意味着为每个成员选择正确的对齐。 因为标准对齐通常是2的幂，所以根据经验，联合将在适合需要最大对齐的元素的边界上对齐。