使用 union 在 C 中键入双关语答案

【问题标题】：Type punning in C using union使用 union 在 C 中键入双关语
【发布时间】：2020-04-28 20:01:39
【问题描述】：

考虑以下代码：

union u{
    int i;
    long j[2];
};

int main(void){
    union u *u = malloc(sizeof *u);
    u->i = 10;
    printf("%li\n", u->j[0]);
}

我想用6.5说明代码的合法性：

对象的存储值只能由左值访问具有以下类型之一的表达式：

——与对象的有效类型兼容的类型，

[...]

——一个包括上述类型之一的聚合或联合类型在其成员之间（包括，递归地，一个子聚合的成员或包含联合），或

将此应用到上面的示例中：

问题：这样的推理是否正确？或者它包含一些错误？

【问题讨论】：

不管别名规则如何，long 是否与int 大小相同取决于实现，因此u->j[0] 存在访问未初始化字节从而遇到陷阱值的风险。
这表示 bytes 采用未指定的值。它并没有说这些字节表示的对象采用未指定的值。
@stantario：不正确。字节可能不是陷阱，但它们形成的值可以。
在这种情况下适用的规则是 C 2018 6.5.2.3 3，它表示，对于成员访问（使用 . 或 ->），“值是命名成员...”正如脚注告诉我们的那样，这意味着如果该成员不是最后存储的成员，则联合中的字节将被重新解释为新类型。这被理解为告诉我们通过联合的别名是由 C 标准定义的（受类型表示方式的特定于实现细节的影响）。
我不知道委员会对此的审议情况。 1999 年标准具有相同的关于访问成员的规范性文本，但没有脚注。 2007 年的草案有脚注。我可能猜想，两者之间存在解释问题，因此添加了脚注，认为只是澄清，不值得更改规范性文本。

【解决方案1】：

是的，你的推理是正确的。这不是未定义的行为，而是根据 C11 第 6.2.6.1/7 节的未指定行为：

当一个值存储在联合类型对象的成员中时，不对应的对象表示的字节成员，但确实对应于其他成员，取未指定的值。

第 3.19.3 节阐明了这意味着什么：

未指定值：相关类型的有效值，其中本国际标准不要求该值是在任何情况下选择

附件 J：可移植性问题

中提醒了这一点

J.1 未指明的行为
1 以下未指定：
— ...
— 在结构中存储值时填充字节的值或工会（6.2.6.1）。
— union 对应的字节值除了最后存储到 (6.2.6.1) 中的成员之外的成员。
— ...

在 J2 中没有指定任何关于访问联合成员的内容，这是关于未定义的行为

话虽如此，移植性问题可能很严重，正如第 6.2.6.1/6 节所提醒的那样：

结构或联合对象的值绝不是陷阱表示，即使结构成员的值或 union 对象可能是一个陷阱表示。

陷阱表示是“不需要表示对象类型的值的对象表示”（定义），可以理解为“获取陷阱表示可能会执行陷阱，但不是必须的”（脚注）。所以访问不活动的值可能会导致程序中断，但如果没有，只是没有保证。

【讨论】：