我可以用分配的内存做我想做的事吗

Question

我可以对分配的内存做些什么有限制吗？（标准）

例如

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct str{
    long long a;
    long b;
};

int main(void) 
{
    long *x = calloc(4,sizeof(long));
    x[0] = 2;
    x[3] = 7;
//is anything beyond here legal( if you would exclude possible illegal operations)
    long long *y = x; 
    printf("%lld\n",y[0]); 
    y[0] = 2;
    memset (x,0,16);
    struct str *bar = x;
    bar->b =  4;
    printf("%lld\n",bar->a); 
    return 0;
}

总结一下：

• 只要大小合适，我可以将指针重新转换为其他数据类型和结构吗？
• 那么，我可以先阅读再写作吗？
• 如果不行，我写完还能看吗？
• 我可以将它与小于分配内存的结构一起使用吗？

Answer 1

从y[0] 读取违反了严格的别名规则。您使用long long 类型的左值来读取有效类型long 的对象。

假设您省略了该行；下一个麻烦的部分是memset(x,0,16);。 This answer 认为 memset 不会更新有效类型。标准不明确。

假设memset 保持有效类型不变；下一期是bar->a的阅读。

C 标准对此也不清楚。有人说bar->a 意味着(*bar).a，这是一个严格的别名违规，因为我们没有先将bar 对象写入该位置。

其他人（包括我）说没问题：唯一用于访问的左值是bar->a；这是long long 类型的左值，它访问有效类型long long 的对象（y[0] = 2; 编写的对象）。

有一个 C2X 工作组正在努力改进严格别名的规范以澄清这些问题。

Answer 2

我可以将指针重新转换为其他数据类型，只要大小合适吗？

您可以将¹ 重铸为最多与您分配的内存一样大的任何数据类型。但是，您必须写入一个值才能根据6.5p6更改所有涂层对象的有效类型

那么，我可以在写作之前先阅读吗？
如果不行，我写完还能看吗？

没有。除非另有说明（calloc 是另一种情况）²，否则内存中的值是不确定的。它可能包含陷阱值。将一个值重新解释为另一种类型的强制转换是 UB，并且违反了严格别名 (6.5p7)

我可以将它与小于分配内存的结构一起使用吗？

是的，但那是一种浪费。

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¹您需要先转换为void*。否则你会从编译器那里得到关于不兼容指针类型的正当投诉。
²即使这样，某些类型也可能会陷入完全 0 位模式，所以这取决于。

Answer 3

大多数编译器都提供了一种模式，在这种模式下，指针的读取和写入将按照它们执行的顺序作用于底层存储，而不管所涉及的数据类型如何。该标准不要求编译器提供这种模式，但据我所知，所有优质编译器都提供这种模式。

根据他们公布的理由，标准的作者在语言中添加了别名限制，目的是避免编译器在给定代码时做出悲观的别名假设：

float f;
float test(int *p)
{
  f=1.0f;
  *p = 2;
  return f;
}

请注意，在基本原理中给出的示例中[非常类似于上面]，即使通过指针 f 修改 f 使用的存储是合法的，查看代码的理性人也不会有理由认为这种事情很可能会发生。另一方面，许多编译器编写者认识到，如果给出如下内容：

float f;
float test(float *p)
{
  f=1.0f;
  *(int*)p = 2;
  return f;
}

人们必须故意迟钝地认为代码不太可能修改float 使用的存储，因此没有理由认为高质量的编译器不应该将写入*(int*)p 视为可能会写信给float。

不幸的是，在随后的几年中，编译器编写者对基于类型的别名“优化”变得越来越激进，有时以明显且不可否认的方式超出标准允许的范围。除非程序永远不需要在不同时间以不同类型访问任何存储，否则我建议在支持它的编译器上使用-fno-strict-aliasing 选项。否则，您的代码可能符合标准并且现在可以工作，但在未来版本的编译器中失败，该版本的“优化”变得更加激进。

PS--在某些情况下禁用基于类型的别名可能会影响代码的性能，但正确使用restrict-qualified 变量和参数应该避免悲观别名假设的成本。稍加注意，使用这些限定符将实现与激进别名相同的优化，但更安全。