成员分配是否保留了结构填充字节？答案

【问题标题】：Are struct padding bytes preserved by member assignment?成员分配是否保留了结构填充字节？
【发布时间】：2017-02-23 09:48:46
【问题描述】：

示例代码：

#include <assert.h>

struct S
{
    unsigned char ch;
    int i;
};

int main()
{
    struct S s;

    memset(&s, 0, sizeof s);

    s.ch = 257; 

    assert( 0 == ((unsigned char *)&s)[1] );
}

断言会失败吗？

这个问题的动机是小端系统上的编译器是否可以决定使用 4 字节存储来实现s.ch = 257;。显然，没有人会像我在示例中那样编写代码，但如果在程序中以各种方式分配 ch，然后继续使用 memcmp 检查结构是否相等，则可能会发生类似的事情。

例如，如果代码使用--s.ch 而不是s.ch = 257 - 编译器可以发出字长递减指令吗？

我认为围绕DR 451 的讨论无关紧要，因为这只适用于未初始化的填充；但是memset 将所有填充初始化为零字节。

【问题讨论】：

标签： c struct language-lawyer padding

【解决方案1】：

ISO/IEC 9899:2011 §6.2.6.1 （类型的表示）一般说：

¶6 当值存储在结构或联合类型的对象中时，包括在成员对象中，对应于任何填充字节的对象表示的字节采用未指定的值。⁵¹⁾结构或联合对象的值永远不是陷阱表示，即使结构或联合对象的成员的值可能是陷阱表示。

⁵¹⁾ 因此，例如，结构赋值不需要复制任何填充位。

但是，您的示例没有进行结构分配，因此可能不适用。我相信没有理由认为分配给结构的简单类型成员会修改数据。

但是，您的 assert 代码确实表现出未定义的行为，试图访问结构填充，这是根本不允许的。

因此，断言不太可能触发，但由于您的代码表现出未定义的行为，它可能会发生并且您没有追索权。

【讨论】：

我在您的引文中忽略了“包括在成员对象中”。这似乎回答了我的问题。但我不明白为什么访问结构填充（未初始化）会是未定义的行为，你能提供一些支持吗？
我相信“访问填充”是未定义的行为；它的初始化状态无关紧要，因为您无法访问它。但是，我可能需要一段时间才能找到标准的相关部分……
做笔记——这可能是也可能不是我答案的最后补充：§7.14.4.1 memcmp 函数 memcmp 函数比较前 n 个字符s1 指向的对象的前 n 个字符到 s2.310) 指向的对象的前 n 个字符) — 310) 用作结构对象内对齐目的的填充的 ''holes'' 的内容是不确定的。比其分配空间短的字符串和联合也可能导致比较问题。
更多注释 — §6.7.9 初始化 ¶10 … 如果具有静态或线程存储持续时间的对象未显式初始化，则： … — 如果它是聚合，每个成员都根据这些规则进行初始化（递归），并且任何填充都被初始化为零位； — 如果是联合，则根据这些规则（递归）初始化第一个命名成员，并将任何填充初始化为零位； ——这可能不是密切相关的。
更多注释 — §6.7.2.1 结构和联合说明符 ¶15 ...结构对象中可能有未命名的填充，但不是在其开头。 …¶17 在结构或联合的末尾可能有未命名的填充。 - 部分相关，但没有说明对填充的访问是禁止的（尽管没有引用填充的有效方法，所以我仍然看不到如何定义访问它的行为）。如果您想知道，我在标准 PDF 中使用的搜索词是“填充”。不过，我可能不得不使用替代术语来找到我正在寻找的答案。

【解决方案2】：

是的，它可能会失败。行为未指定，但并非未定义。

赋值s.ch = 257;后，所有填充位的值都取未指定值¹，也就是说，如果结构的第二个字节是填充字节，则取未指定值，未指定与零的比较结果。它可能触发或不触发。

断言中的读取值不能是陷阱表示，因为 unsigned char 没有陷阱表示，并且因为该值是未指定的，不是不确定的。

¹（引自：ISO/IEC 9899:201x 6.2.6.1 General 6）：
当值存储在结构或联合类型的对象中时，包括在成员中对象，对应于任何填充字节的对象表示的字节采用未指定的值。

【讨论】：