C 根据优化级别给出不同的输出（新示例）答案

【问题标题】：C gives different output based on optimization level (new example)C 根据优化级别给出不同的输出（新示例）
【发布时间】：2016-03-15 16:32:21
【问题描述】：

根据这篇非常好的博文The Strict Aliasing Situation is Pretty Bad，我把这段代码放到网上供你测试：

http://cpp.sh/9kht（输出在 -O0 和 -O2 之间变化）

#include <stdio.h>

long foo(int *x, long *y) {
  *x = 0;
  *y = 1;
  return *x;
}

int main(void) {
  long l;
  printf("%ld\n", foo((int *)&l, &l));
}

这里是否存在某种未定义的行为？
当我们选择 -O2 级别时，内部发生了什么？

【问题讨论】：

这实际上是一个违反类型别名规则的惊人例子。我会把它作为我的规范副本。

标签： c gcc optimization compilation

【解决方案1】：

是的，这个程序有未定义的行为，因为基于类型的别名规则，可以概括为“你不能通过一个指针访问一个用类型A声明的内存位置type B, except 当 B 是一个字符类型的指针时（例如unsigned char *）。"这是一个近似值，但对于大多数用途来说已经足够接近了。请注意，当 A 是指向字符类型的指针时，B 可能 not 是别的东西——是的，这意味着访问字节缓冲区“一次四个" 通过uint32_t* 是未定义的行为（博文也涉及到这一点）。
编译器在编译foo 时假定x 和y 可能不指向同一个对象。由此推断，通过*y的写入不能改变*x的值，它可以只返回*x的已知值，0，而不需要从内存中重新读取。它仅在打开优化时才这样做，因为跟踪每个指针可以指向和不能指向的内容很昂贵（因此编译速度较慢）。

请注意，这是一种“恶魔飞出你的鼻子”的情况：编译器有权使为foo 生成的代码以
```
cmp  rx, ry
beq  __crash_the_program
...
```
（像UBSan 这样的工具可能会做到这一点）

【讨论】：

很好的答案@zwol，谢谢。可能想进一步扩展基于类型的别名规则？（比如它们在规范中的位置、其他示例等）
其实char、signed char和unsigned char是三种不同的类型，可以访问任意类型。
@Dave5545 我会在我的计算机上有我的 C99 副本时这样做。
@zwol 如果您对此有任何进一步的信息，将不胜感激:)

【解决方案2】：

换句话说，代码(int *)&l 表示将指针视为指向int 的指针。它不会转换任何东西。因此，(int *) 告诉编译器允许您将 long* 传递给需要 int* 的函数。你在撒谎。在内部， foo 期望 x 是一个指向 int 的指针，但它不是。内存布局不是它应该的样子。如您所见，结果是不可预测的。

另一方面，我永远不会使用 l (ell) 作为变量名。它很容易与 1（一）混淆。例如，这是什么？

int x = l;

【讨论】：