C中重叠对象的语义是什么？

Question

考虑以下结构：

struct s {
  int a, b;
};

通常为¹，此结构的大小为 8，对齐方式为 4。

如果我们创建两个struct s对象（更准确地说，我们将两个这样的对象写入分配的存储空间），并且第二个对象与第一个对象重叠会怎样？

char *storage = malloc(3 * sizeof(struct s));
struct s *o1 = (struct s *)storage; // offset 0
struct s *o2 = (struct s *)(storage + alignof(struct s)); // offset 4

// now, o2 points half way into o1
*o1 = (struct s){1, 2};
*o2 = (struct s){3, 4};

printf("o2.a=%d\n", o2->a);
printf("o2.b=%d\n", o2->b);
printf("o1.a=%d\n", o1->a);
printf("o1.b=%d\n", o1->b);

这个程序的未定义行为有什么问题吗？如果是这样，它在哪里变得未定义？如果不是UB，是否保证始终打印以下内容：

o2.a=3
o2.b=4
o1.a=1
o1.b=3

特别是，我想知道o1when指向的对象发生了什么o2，它与它重叠，被写入。是否仍然允许访问未破坏的部分 ( o1->a)？访问被破坏的部分是否与访问o1->b相同o2->a？

有效类型在这里如何应用？当您谈论非重叠对象和指向与最后一个存储相同位置的指针时，规则就足够清楚了，但是当您开始谈论对象或重叠对象部分的有效类型时，规则就不太清楚了。

如果第二次写入的类型不同，会有什么变化吗？如果成员是 say intandshort而不是两个ints？

如果你想在那里玩，这里有一个神马。

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¹这个答案也适用于不是这种情况的平台：例如，有些可能有大小 4 和对齐方式 2。在大小和对齐方式相同的平台上，这个问题不适用，因为对齐、重叠的对象会不可能，但我不确定是否有这样的平台。

Answer 1

基本上这是标准中的所有灰色区域；严格的别名规则指定了基本情况，让读者（和编译器供应商）填写细节。

一直在努力编写更好的规则，但到目前为止还没有产生任何规范文本，我不确定 C2x 的状态如何。

正如我在对您上一个问题的回答中所述，最常见的解释是p->qmean(*p).q和有效类型适用于所有*p，即使我们随后继续 apply .q。

在这种解释下，printf("o1.a=%d\n", o1->a);会导致未定义的行为，因为该位置的有效类型*o1不是s（因为它的一部分已被覆盖）。

这种解释的基本原理可以在如下函数中看到：

void f(s* s1, s* s2)
{
    s2->a = 5;
    s1->b = 6;
    printf("%d\n", s2->a);
}

通过这种解释，最后一行可以优化为puts("5");，但如果没有它，编译器将不得不考虑函数调用可能已经存在f(o1, o2);，因此失去了据称由严格别名规则提供的所有好处。

类似的论点适用于两个不相关的结构类型，它们碰巧int在不同的偏移处有一个成员。