严格别名和指向联合字段的指针

Question

我有一个关于严格别名规则、联合和标准的问题。假设我们有以下代码：

#include <stdio.h>

union
{
    int f1;
    short f2;
} u = {0x1};

int     * a = &u.f1;
short   * b = &u.f2;

int main()
{
    u.f1 = 1;
    *a += 1;
    u.f2 = 2;
    *b *= 2;

    printf( "%d %hd\n", *a, *b);

    return 0;
}

现在让我们看看它是如何工作的：

$ gcc-5.1.0-x86_64 t.c -O3 -Wall && ./a.out 
2 4
$ gcc-5.1.0-x86_64 t.c -O3 -Wall -fno-strict-aliasing && ./a.out 
4 4

我们可以看到，严格别名会破坏依赖关系。此外，它似乎是一个正确的代码，没有违反严格的别名规则。

1. 事实证明，与联合字段的情况相比，位于该地址的对象与所有类型的联合成员兼容吗？
2. 如果 1 为真，编译器应该如何处理指向联合成员的指针？ 允许这样的编译器行为是标准中的问题吗？如果不是 - 为什么？
3. 一般来说，编译器的不同行为与正确的代码在任何情况下都是不可接受的。所以它似乎也是一个编译器错误（特别是如果将地址带到联合字段将在函数内部，SA 不会破坏依赖关系）。

Answer 1

C 标准规定明确允许通过联合使用别名。

但是请检查以下代码：

void func(int *a, short *b)
{
     *a = 1; 
     printf("%f\n", *b);
}

严格别名规则的意图是应该假定a 和b 没有别名。不过你可以打电话给func(&u.f1, &u.f2);。

为了解决这个难题，一个常识性的解决方案是说联合必须避免严格的别名规则的“绕过许可”仅适用于按名称访问联合成员的情况。

标准没有明确说明这一点。可以说“如果成员使用...”（6.5.2.3）实际上是在指定“绕过”仅在按名称访问成员时发生，但不是 100% 清楚。

但是，很难提出任何替代的和自洽的解释。一种可能的替代解释是写 func(&u.f1, &u.f2) 会导致 UB，因为重叠的对象被传递给一个“知道”它不接收重叠对象的函数——有点像 restrict 违规。

如果我们将第一种解释应用于您的示例，我们会说您的 printf 中的 *a 会导致 UB，因为存储在该位置的当前对象是 short，并且 6.5.2.3 不会启动因为我们没有按名称使用联合成员。

根据您发布的结果，我猜 gcc 使用的是相同的解释。

这里之前已经讨论过，但我现在找不到线程。

Answer 2

C99 技术勘误 3 在第 6.5.2.3 节中阐明了基于联合方法的类型双关语：

如果用于访问联合对象内容的成员不是 与上次用于在对象中存储值的成员相同， 值的对象表示的适当部分是 如所述，重新解释为新类型中的对象表示 在 6.2.6 中（有时称为“类型双关语”的过程）。

请参阅here 从 1042 到 1044