在 int 数组上使用 memcmp 是否严格符合？

Question

以下程序是 C 语言中的严格符合程序吗？我对 c90 和 c99 感兴趣，但 c11 的答案也可以接受。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct S { int array[2]; };

int main () {
    struct S a = { { 1, 2 } };
    struct S b;
    b = a;
    if (memcmp(b.array, a.array, sizeof(b.array)) == 0) {
        puts("ok");
    }
    return 0;
}

在comments to my answer in a different question 中，Eric Postpischil 坚持认为程序输出会因平台而异，这主要是由于可能存在未初始化的填充位。我认为结构赋值会覆盖b 中的所有位，使其与a 中的相同。但是，C99 似乎没有提供这样的保证。来自第 6.5.16.1 p2 节：

在简单赋值（=）中，右操作数的值被转换为赋值表达式的类型，并替换存储在左操作数指定的对象中的值。

复合类型上下文中的“转换”和“替换”是什么意思？

最后，考虑同一个程序，除了 a 和 b 的定义是全局的。 那个程序会是一个严格遵从的程序吗？

编辑：只是想在这里总结一些讨论材料，而不是添加我自己的答案，因为我真的没有自己的创作。

• 程序不严格符合。由于赋值是按值而不是按表示，b.array 可能包含也可能不包含与 a.array 不同的位设置。
• a 不需要转换，因为它和b 是同一类型，但是替换是按值，逐个成员完成。
• 即使a 和b 中的定义是全局的，在分配后，b.array 可能包含也可能不包含与a.array 不同的位设置。 （b 中几乎没有关于填充字节的讨论，但发布的问题与结构比较无关。c99 没有提及如何在静态存储中初始化填充，但 c11 明确声明它是零初始化的。）
• 附带说明，如果 b 是用来自 a 的 memcpy 初始化的，那么 memcmp 是明确定义的。

感谢所有参与讨论的人。

Answer 1

在 C99 §6.2.6 中

§6.2.6.1 通用

1 除本小节中所述外，所有类型的表示均未指定。

[...]

4 [..] 具有相同对象表示的两个值（NaN 除外）比较相等，但比较相等的值可能具有不同的对象表示。

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。⁴²⁾

42) 例如，结构赋值不需要复制任何填充位。

43) 具有相同有效类型 T 的对象 x 和 y 在作为类型 T 的对象访问时可能具有相同的值，但在其他上下文中具有不同的值。特别是，如果 == 为类型 T 定义，则 x == y 并不意味着 memcmp(&x, &y, sizeof (T)) == 0。此外，x == y 不一定意味着 x 和 y具有相同的价值；对 T 类型值的其他操作可能会区分它们。

§6.2.6.2 整数类型

[...]

2 对于有符号整数类型，对象表示的位应分为三组：值位、填充位和符号位。不需要任何填充位；[...]

[...]

5 任何填充位的值都未指定。[...]

在 J.1 中未指定的行为

• 在结构或联合 (6.2.6.1) 中存储值时填充字节的值。

[...]

• 整数表示 (6.2.6.2) 中任何填充位的值。

因此，a 和 b 的表示中可能存在不同但不影响值的位。这与其他答案的结论相同，但我认为标准中的这些引用将是很好的附加上下文。

---

如果您执行memcpy，则memcmp 将始终返回0，并且程序将严格符合。 memcpy 将a 的对象表示复制到b。

Answer 2

我的观点是它严格符合。根据 Eric Postpischil 提到的 4.5：

严格遵守的程序应仅使用 本国际标准中规定的语言和库。它 不得产生依赖于任何未指定、未定义或 实现定义的行为，并且不得超过任何最小值 实施限制。

有问题的行为是memcmp 的行为，这是明确定义的，没有任何未指定、未定义或实现定义的方面。它适用于表示的原始位，而不知道任何关于值、填充位或陷阱表示的信息。因此，在这种特定情况下，memcmp 的结果（但不是功能）取决于存储在这些字节中的值的实现。

6.2.6.2 中的脚注 43)：

对象 x 和 y 具有相同的有效类型 T 是可能的 当它们作为 T 类型的对象访问时具有相同的值，但是 在其他情况下具有不同的价值。特别是，如果 == 是 为类型 T 定义，则 x == y 并不意味着 memcmp(&x, &y, sizeof (T)) == 0。此外，x == y 并不一定意味着 x 和 y 具有相同的值；对类型 T 的值的其他操作可能 区分它们。

编辑：

再想一想，由于这个原因，我不太确定是否严格符合：

它不应产生依赖于任何未指定的[...]

的输出

很明显memcmp 的结果取决于表示的未指定行为，从而满足了这个条款，即使memcmp 本身的行为是明确定义的。在输出发生之前，该子句没有说明功能的深度。

所以它不严格符合。

编辑 2：

我不太确定当memcpy 用于复制结构时它会变得严格符合。根据附件 J，未指定的行为发生在 a 初始化时：

struct S a = { { 1, 2 } };

即使我们假设填充位不会改变并且memcpy 总是返回 0，它仍然使用填充位来获取结果。它依赖于它们不会改变的假设，但标准中对此没有任何保证。

我们应该区分结构中用于对齐的填充字节和特定本机类型（如int）中的填充位。虽然我们可以安全地假设填充字节不会改变，但这只是因为没有真正的原因，同样的情况不适用于填充位。该标准提到奇偶校验标志作为填充位的示例。这可能是实现的软件功能，但也可能是硬件功能。因此，可能还有其他用于填充位的硬件标志，包括因任何原因在读取访问时发生更改的硬件标志。

我们很难找到这样一个奇特的机器和实现，但我看不出有什么禁止这样做的。如果我错了，请纠正我。