重新解释适当对齐的指向具有声明类型的对象的指针

Posted 2023-02-21

【中文标题】重新解释适当对齐的指向具有声明类型的对象的指针

【英文标题】：Reinterpreting suitably aligned pointers to object with declared type

【发布时间】：2019-03-20 02:52:09

【问题描述】：

标准允许我们将指向对象类型的指针相互转换，前提是它们适当对齐。 6.3.2.3(p7):

指向对象类型的指针可以转换为指向对象类型的指针 不同的对象类型。如果结果指针不正确 aligned68) 对于引用的类型，行为未定义。

标准允许我们将对象表示复制到char[sizeof(the_object_type)]6.2.6.1(p4)：

可以将值复制到 unsigned char [n] 类型的对象中 （例如，通过 memcpy）；结果的字节集称为对象 值的表示。

此外，该标准明确指出

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有不同的对象 表示。

考虑以下代码：

struct contains_64_t
    uint64_t value;
;

int main(int args, const char *argv[])
    _Alignas(struct contains_64_t) 
        char buf_2_64t[2 * sizeof(struct contains_64_t)];
    struct contains_64_t c64_1;
    c64_1.value = 1;
    struct contains_64_t c64_2;
    c64_2.value = 2;
    memcpy(buf_2_64t, &c64_1, sizeof(c64_1));
    memcpy(buf_2_64t + sizeof(c64_1), &c64_2, sizeof(c64_2));

    //suitably aligned, ok
    struct contains_64_t *c64_ptr = (struct contains_64_t*) buf_2_64t; 
    printf("Value %"PRIu64"\n", c64_ptr -> value);

问题：这样写代码是不是很迂腐？如果不是，这样做可能会遇到什么样的问题？

据我所知，

我们可以将char* 转换为struct contains_64_t，因为它是适当对齐的。但问题是buf 的声明类型是char[2 * sizeof(struct contains_64_t)]。所以正式地说，我们不能通过struct contains_64_t * 类型的左值访问buf。

但这会很奇怪，因为我们已经适当地对齐了指针和字面上相同的对象表示。我们当然可以声明struct contains_64_t buf[2];，但如果struct 包含可变长度数组

，该解决方案将不起作用

UPD：如果我们假设我们正在使用 GCC 进行编译，那么这样的缓冲区对齐是否就足够了？

【问题讨论】：

对齐不是这里潜在的 UB，通过抗锯齿可能是 struct contains_64_t *c64_ptr = (struct contains_64_t*) buf_2_64t; 的一个问题。 printf("Value = %lu\n", c64_ptr -> value); 肯定是带有 32 位 long 的 UB。

@chux 为什么要转换为适当对齐的指针 UB？或者你的意思是UB是由printf的错误使用引起的？固定。

一些 1) casting 不是 UB 的问题，anti-aliasing UB 可能适用于此。 2) %lu 用于unsigned long，不一定是uint64_t。

@chux 同意2)。将其替换为在inttypes.h 中定义的PRIu64。

@chux 无论如何，如果我们不将指针对齐到堆栈分配的缓冲区，我们将无法转换它。所以 UB 也将出现在 struct contains_64_t *c64_ptr = (struct contains_64_t*) buf_2_64t; 否则标准允许在 6.2.3.2(p7) 进行此类转换。

【参考方案1】：

memcpy() 看起来不错。

c64_ptr -> value 是 UB。

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，

——与有效类型兼容的类型的限定版本 对象，

——一个类型，它是有符号或无符号类型，对应于 对象的有效类型，

— 一种类型，它是对应于 a 的有符号或无符号类型 对象的有效类型的限定版本，

— 包括上述之一的聚合或联合类型 其成员之间的类型（包括，递归地，一个成员 子聚合或包含联合），或

——一种字符类型。

在标准中查找compatible完成图片。