(bool)转换是否可靠，始终为0或1？

Question

从一些Stack Overflow的阅读资料，我了解到在stdbool.h中定义的bool是一个宏，它展开成内置类型_Bool，而true被定义为1，false被定义为0。 强制转换为bool是否保证返回值为0或1？_Bool变量（包括转换后的rvalues）有可能达到除0或1之外的其他值吗？ 下面的代码暗示_Bool变量（包括转换后的rvalues）只会有0或1的值，但我想确认这是被保证的，并且我没有观察到特定于目标或编译器版本的行为。

（顺便说一句，我最关心的是确认只有将NULL转换为_Bool时才会是0，将所有其他可能的指针值转换为_Bool时都会是1）

$ cat ./main.c
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main( int argc, char* argv )
{
  int   i;
  int*  p = &i;
  int*  n = NULL;

  printf( "%zu\n", sizeof( (bool)p ) );
  printf( "%p - %d\n", p, (bool)p );
  printf( "%p - %d\n", n, (bool)n );
  printf( "%d\n", (bool)3 );

  return 0;
}

$ gcc --version
gcc (GCC) 8.2.1 20181215 (Red Hat 8.2.1-6)
Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

$ gcc -g ./main.c && ./a.out    
1
0x7ffdac3290bc - 1
(nil) - 0
1

- StoneThrow

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@AlexLop。- 是的，谢谢。我认为我已经尽了查找相关现有帖子的职责，但我想可能已经有答案了。仍然感激现有的答案。 - StoneThrow

Answer 1

C 2018 6.3.1.2 1说：

当任何标量值被转换为_Bool类型时，如果该值与0相等，则结果为0；否则，结果为1。

- Eric Postpischil

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我认为我意识到了一个有趣的边界情况：我记得很久以前学过，尽管 NULL 几乎肯定是 0，但并不保证。在这种情况下，(bool)NULL 将评估为 1，只有非 NULL 指针 0x0 在转换为 bool 时才会评估为 0。 - StoneThrow

@StoneThrow：如果一个指针是空指针，包括NULL，它与0相等，不管C实现如何表示空指针。 - Eric Postpischil

@StoneThrow：这是错误的。将bool转换的结果是0还是1与空指针的表示方式无关。如果指针为空，则为0，如果指针不为空，则为1。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@StoneThrow "(bool)NULL would evaluate to 1" 是可能的（当 NULL 是某个非零整数时）。(bool)non_null_pointer 总是评估为值为1 - 不管 NULL 如何定义。 - chux - Reinstate Monica

让我们在聊天中继续这个讨论。 - chux - Reinstate Monica

Answer 2

是的，将类型转换为bool保证会产生0或1，在未定义的行为限制范围内可以产生任何结果。如果在转换为bool之前存在未定义的行为，则可能会观察到奇怪的现象，因为编译器可能会基于不再有效的假设进行变换。例如，如果实现在存储时将其折叠为0/1，则在从内存加载bool时，它可能假设该值已经是0或1，并且不需要进一步折叠。如果通过缓冲区溢出、别名侵犯等方式改变了bool对象的存储，则可能会看到不同的值。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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这是一个相当广泛的免责声明。它适用于任何事情。 * 乘法运算，除非在此之前存在未定义的行为。 printf 打印，除非在此之前存在未定义的行为... - Eric Postpischil

@EricPostpischil：确实如此，但我觉得需要在这里说一下，因为很多语言的用户并不真正理解未定义行为是什么意思，如果您还没有对UB有直觉，从一个“不能有其他值”的对象中读取除0或1之外的值确实非常令人惊讶。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE