为什么这个糟糕的通用初始化语法会编译并导致不可预测的行为？

Question

我有一堆使用硬件（FPGA）寄存器的代码，其大致形式如下：

struct SomeRegFields {
    unsigned int lower : 16;
    unsigned int upper : 16;
};

union SomeReg {
    uint32_t wholeReg;
    SomeRegFields fields;
};

（这些寄存器类型中的大多数都比较复杂。这是说明性的。）

在清理一堆通过以下方式设置寄存器的代码时：

SomeReg reg1;
reg1.wholeReg = 0;
// ... assign individual fields
card->writeReg(REG1_ADDRESS, reg1.wholeReg);

SomeReg reg2;
reg2.wholeReg = card->readReg(REG2_ADDRESS);
// ... do something with reg2 field values

我有点心不在焉，不小心得到了以下结果：

SomeReg reg1{ reg1.wholeReg = 0 };
SomeReg reg2{ reg2.wholeReg = card->readReg(REG2_ADDRESS) };

当然，该reg1.wholeReg =部分是错误的，应该删除。

让我烦恼的是它可以在 MSVC 和 GCC 上编译。我预计这里会出现语法错误。此外，有时它工作正常，并且值实际上被正确复制/分配，但其他时候，即使返回的寄存器值非 0，它也会导致 0 值。它是不可预测的，但在哪些情况有效和哪些情况无效的运行之间似乎是一致的。

知道为什么编译器不将其标记为错误语法，以及为什么它在某些情况下似乎有效但在其他情况下会中断？当然，我认为这是未定义的行为，但为什么它会改变通常看起来几乎相同的调用（通常是背靠背）之间的行为？

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一些编译信息：

如果我通过编译器资源管理器运行它：

int main()
{
    SomeReg myReg { myReg.wholeReg = 10 };
    return myReg.fields.upper;
}

这是 GCC trunk 在优化关闭 ( ) 的情况下为 main 吐出的代码-O0：

main:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    mov     DWORD PTR [rbp-4], 10
*   mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
*   mov     DWORD PTR [rbp-4], eax
    movzx   eax, WORD PTR [rbp-2]
    movzx   eax, ax
    pop     rbp
    ret

标有 的行*是此版本与没有坏部分的版本之间的唯一区别myReg.wholeReg =。MSVC 给出了类似的结果，尽管即使关闭优化，它似乎也做了一些工作。在这种情况下，它只会导致寄存器进出的额外分配，因此它仍然按预期工作，但考虑到我的意外实验结果，在更复杂的情况下，它不能总是以这种方式编译，即不从编译分配-时间扣除价值。

Answer 1

reg1.wholeReg = card->readReg(REG2_ADDRESS) 

这被简单地视为一个表达式。card->readReg(REG2_ADDRESS)您正在分配to的返回值reg1.wholeReg，然后使用该表达式的结果（引用 的左值reg1.wholeReg）来聚合初始化reg2(ie reg2.wholeReg) 的第一个成员。之后reg1和reg2应该保持相同的值，即函数的返回值。

从语法上讲，同样的情况发生在

SomeReg reg1{ reg1.wholeReg = 0 };

但是，从技术上讲，这里是未定义的行为，因为在变量或类成员初始化之前不允许访问它们。实际上，我希望这通常可以正常工作，初始化reg1.wholeReg然后0再次初始化。

在其自己的初始值设定项中引用变量在语法上是正确的，并且有时可能很有用（例如，将指针传递给变量本身）。这就是为什么没有编译错误的原因。

int main()
{
    SomeReg myReg { myReg.wholeReg = 10 };
    return myReg.fields.upper;
}

即使您修复了初始化，这也会产生额外的未定义行为，因为您根本无法在 C++ 中使用联合进行类型双关。这始终是未定义的行为，尽管某些编译器可能允许它达到 C 中允许的程度。尽管如此，标准不允许读取fields.upperifwholeReg是联合的活动成员（意味着分配了值的最后一个成员）。