c++ - 为什么这种糟糕的通用初始化语法会编译并导致不可预测的行为？

Question

我有一堆用于处理硬件 (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;
};

(大多数这些寄存器类型都比较复杂。这是说明性的。)

在清理一堆设置寄存器的代码时，如下所示:

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，reg1.wholeReg = 部分是错误的，应该删除。

让我烦恼的是，这个编译在 MSVC 和 GCC 上。我本以为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不是 0，它也会导致 0 值。这是不可预测的，但在哪些案例有效和哪些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的语法，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吗？当然，我假设这是未定义的行为，但为什么它会改变通常看起来几乎相同的调用之间的行为，通常是背靠背的？

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一些编译信息:

如果我run this through Compiler Explorer :

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

这是 GCC trunk 在优化关闭时为 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错误的myReg.wholeReg = 部分的版本之间的唯一区别。 MSVC 给出了类似的结果，尽管即使关闭优化，它似乎也在做一些事情。在这种情况下，它只是导致一个额外的分配进出寄存器，所以它仍然按预期工作，但考虑到我的意外实验结果，它不能总是在更复杂的情况下以这种方式编译，即不从编译分配-时间可扣除的值(value)。

Answer 1

reg1.wholeReg = card->readReg(REG2_ADDRESS) 

这只是一个表达式。您正在将 card->readReg(REG2_ADDRESS) 的返回值分配给 reg1.wholeReg 然后使用此表达式的结果(一个左值引用 reg1 .wholeReg) 聚合初始化 reg2 的第一个成员(即 reg2.wholeReg)。之后 reg1 和 reg2 应该保持相同的值，即函数的返回值。

在句法上同样发生在

SomeReg reg1{ reg1.wholeReg = 0 };

但是，这在技术上是未定义的行为，因为不允许在变量或类成员初始化之前访问它们。实际上，我希望这通常能正常工作，将 reg1.wholeReg 初始化为 0 然后再次初始化。

在其自己的初始化器中引用变量在语法上是正确的，有时可能很有用(例如，将指针传递给变量本身)。这就是没有编译错误的原因。

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

这有额外的未定义行为，即使您修复了初始化，因为您根本不能在 C++ 中使用 union 来进行类型双关。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。仍然，如果 wholeReg 是 union 会的活跃成员(意思是最后一个被赋值的成员)。