将匿名结构体指针转型后解除引用是否违反严格别名规则？

Question

我听到了有关C标准保证结构布局一致性程度的不同说法。认为其程度有限的论点提到了严格的别名规则。例如，比较这两个答案：https://dev59.com/xG865IYBdhLWcg3wivGi#3766251 和 https://dev59.com/xG865IYBdhLWcg3wivGi#3766967。

在下面的代码中，我假设所有结构体foo、bar和struct { char *id; }中的char *id都在同一个位置，如果只访问它，则可以安全地在它们之间进行转换。

无论强制转换是否会导致错误，它是否违反了严格的别名规则？

#include <string.h>

struct foo {
    char *id;
    int a;
};

struct bar {
    char *id;
    int x, y, z;
};

struct list {
    struct list *next;
    union {
        struct foo *foop;
        struct bar *barp;
        void *either;
    } ptr;
};

struct list *find_id(struct list *l, char *key)
{
    while (l != NULL) {
                    /* cast to anonymous struct and dereferenced */
        if (!strcmp(((struct { char *id; } *)(l->ptr.either))->id, key))
            return l;
        l = l->next;
    }
    return NULL;
}

gcc -o /dev/null -Wstrict-aliasing test.c

注意，gcc 没有报错。

- nebuch

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“cast to an anonymous structure pointer” 中的“cast”在哪里？我看到的是初始化和转换（从 void * 到 struct list *）。 - chux - Reinstate Monica

在 find_id() 中，@chux ((struct { char *id; } *)(l->ptr.either))->id。 - nebuch

@chux 很难看到，仔细看。 - user3386109

@chux，它的形式为(type) object，根据C89标准的§3.3.4，这是一个强制类型转换；请参见http://port70.net/~nsz/c/c89/c89-draft.html#3.3.4。 - nebuch

@user3386109：没有必要移动 id。将其保留在 foo 和 bar 开头完全可以正常工作。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 1

是的，你的程序存在多个与别名相关的问题。使用带有匿名结构类型的左值，该类型与底层对象的类型不匹配，会导致未定义的行为。可以通过以下代码进行修复：

*(char**)((char *)either + offsetof(struct { ... char *id; ... }, id))

如果您知道id成员在所有对象中具有相同的偏移量（例如，它们都共享相同的前缀），那么可以使用此方法。但是，在您的特定情况下，它是第一个成员，您只需执行以下操作：

*(char**)either

因为将指向结构体的指针转换为指向其第一个成员的指针（反之亦然）总是有效的。

另一个问题是，您对联合的使用是错误的。最大的问题在于它假设 `struct foo *`、`struct bar *` 和 `void *` 有相同的大小和表示形式，但这并不保证。此外，访问联合中先前未存储的成员可能被认为是未定义的行为，但由于缺陷报告中的解释，可以说这等同于“重新解释转换”。但是这会导致错误地假设具有相同大小/表示的类型。

您应该删除联合，使用一个 `void *` 成员，并将值（而不是重新解释位）转换为正确的指针类型以访问指向的结构体（`struct foo *` 或 `struct bar *`）或其初始 id 字段（`char *`）。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE