c - 使用指向结构成员的指针时是否适用严格别名？

Question

test_func 当两个参数部分重叠时，以下代码片段是否会在严格的别名规则下触发未定义的行为？

即第二个参数是第一个参数的成员:

#include <stdio.h>

typedef struct
{
    //... Other fields
    int x;
    //... Other fields
} A;

int test_func(A *a, int *x)
{
    a->x = 0;
    *x = 1;
    return a->x;
}

int main()
{
    A a = {0};

    printf("%d\n", test_func(&a, &a.x));

    return 0;
}

基于 A* 和 int* 不会别名的假设，是否允许编译器认为 test_func 只会返回 0？所以 *x 不能覆盖成员？

Answer 1

Strict aliasing指的是将指针转换为另一种指针类型，然后访问其内容。严格别名意味着涉及的指向类型必须兼容。这不适用于此处。

但是有术语指针别名，意思是两个指针可以引用同一内存。不允许编译器假定这里是这种情况。如果它想要像您描述的那样进行优化，它可能必须添加机器代码来比较指针，以确定它们是否相同。这本身会使函数稍微变慢。

为了帮助编译器优化此类代码，您可以将指针声明为restrict，它告诉编译器程序员保证指针不会指向同一内存。

您使用 gcc -O3 编译的函数生成此机器代码:

0x00402D09  mov    $0x1,%edx

这基本上意味着整个函数被替换(内联)为“将 a.x 设置为 1”。

但是如果我将你的函数重写为

int test_func(A* restrict a, int* restrict x)
{
    a->x = 0;
    *x = 1;
    return a->x;
}

并用gcc -O3编译，它返回0。因为我现在已经告诉编译器a->X和x不要指向同一内存，因此可以假设 *x = 1; 不会影响结果并跳过行 *x = 1; 或在它之前排序a->x = 0; 行。

限制版本的优化机器代码实际上跳过了整个函数调用，因为它知道根据您的初始化值已经为 0。

这当然是一个错误，但程序员应该为此负责，因为粗心地使用了 restrict。