c - 是否允许 C 编译器优化对未分配内存的访问？

Question

考虑以下代码。

int main()
{
  int* p = (int*)0xABCDEFAB;
  int a;

  a = *p;

  /* do something with a */

  return 0;
}

是否允许编译器优化对 p 指向的内存位置的访问？由于它未分配(因此其内容未定义)并且内存访问不是程序的可观察行为，因此应该允许它，但另一方面 p 可能指向内存映射 I/O。

从 C 标准的角度来看，正式的答案是什么？

注意:如果 p 被定义为 volatile int*，编译器肯定不会优化访问，但它不是 volatile。

Answer 1

来自C11 draft

An integer may be converted to any pointer type. Except as previously specified [when the integer evaluates to 0], the result is implementation-defined, might not be correctly aligned, might not point to an entity of the referenced type, and might be a trap representation.

基本上，C 标准不处理手动创建的地址，只处理从对象中获取的地址。

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如果对于您的实现，0xabcdef 结果是未对齐的，引用它将是未定义的行为¹(并且编译器可以忽略加载)。

如果 0xabcdef 对齐，指针 p 可能不指向地址 0xabcdef 或 int< 类型的对象，引用它将是特定于实现的²。
在这种情况下，编译器不能直接省略负载，但由于整体行为是特定于实现的，因此最终结果可能微不足道且可优化。

例如，假设我们有一个编译器，其中以 ab 开头的整数都是映射到架构地址0xffff，对于目标架构，该地址始终为 0(在任何系统中)。
编译器可能会优化加载并直接将 a 清零。

为了防止后一种情况，您需要使用 volatile。

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简而言之，您的案例没有完全涵盖在标准中。
但是有一个笔记阅读

The mapping functions for converting a pointer to an integer or an integer to a pointer are intended to be consistent with the addressing structure of the execution environment.

这意味着虽然标准不提供任何保证，但您可以期望编译器的行为合理。
此外，按照标准，应该记录整数指针映射。

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¹引用:
如果为指针分配了无效值，则一元 * 运算符的行为是未定义。

²引用附件 J，具体实现行为，具体实现方面的列表:
- 将指针转换为整数或相反的结果。
- 任何对象中字节的数量、顺序和编码