c - 将 uint8_t* 转换为 uint32_t* 行为

Question

我读过这个问题:How does casting uint8* to uint32* work?但我不确定给出的答案。

我是新手嵌入式 C 程序员，正在从事一个使用 GCC 的项目，我一直在重构代码块以减少内存使用量。一个例子是我将一些变量的数据类型从 uint32_t 更改为更小的类型:

uint8_t colour;
uint16_t count;
uint16_t pixel;

func((uint32_t*)&colour);
func((uint32_t*)&count);
func((uint32_t*)&pixel);

其中 func(uint32_t* ptr) 修改传递给它在从端口上接收的数据的值。我遇到了一个问题，当 -O1、-O2、-O3 或 - Os 优化已启用。例如，当值 1 5 1 分别在通信端口和函数上收到时，为变量设置的值为 0 0 1。未启用优化时，值设置正确。

如果我将数据类型改回 uint32_t，代码会正常运行。我不明白为什么我没有从编译器收到任何警告(我打开了额外的警告)。发生这种情况的原因与字节序/对齐有关吗？

从 uint8_t 指针向上转换为 uint32_t 指针的陷阱是什么？

Answer 1

TLDR

将 uint8_t 的地址传递给需要 uint32_t 地址的东西可能会导致内存损坏、未知结果、细微错误和仅普通爆炸。

详情

首先，如果函数声明为

void func( uint32_t * arg );

并修改arg指向的数据，将uint8_t或uint16_t的地址传递给它会导致undefined behavior并且可能数据损坏 - 如果它运行(继续阅读......)。该函数将修改实际上不属于传递给该函数的指针所指对象的一部分的数据。

该函数期望访问 uint32_t 的四个字节，但您只给它一个 uint8_t 字节的地址。其他三个字节去哪儿了？他们可能会踩到别的东西。

即使该函数只读取内存而不修改它，您也不知道内存中有什么而不​​是实际对象，因此该函数的行为可能无法预测。阅读甚至可能根本不起作用(继续阅读......)。

此外，强制转换 uint8_t 的地址是一种严格的别名违规行为。参见 What is the strict aliasing rule? .总而言之，在 C 中，您不能安全地将对象引用为它不是的对象，唯一的异常(exception)是您可以引用任何对象，就好像它是由适当数量的 [signed|unsigned ] char 字节。

但是将 uint8_t 地址转换为 uint32 * 意味着您正在尝试访问一组四个 unsigned char 值(假设 uint8_t 实际上是 unsigned char，现在几乎肯定是这样)作为单个 uint32_t 对象，这是一个严格的别名违规，未定义的行为，而不是安全。

您因违反严格的别名规则而看到的症状可能很微妙，而且很难找到和修复。参见 gcc, strict-aliasing, and horror stories对于一些恐怖故事。

此外，如果您将某个对象称为它不是的对象，您可能会与 6.3.2.3 Pointers, paragraph 7 of the C (C11) standard 发生冲突。 :

A pointer to an object type may be converted to a pointer to a different object type. If the resulting pointer is not correctly aligned for the referenced type, the behavior is undefined.

It's not safe even on x86 no matter what someone might tell you about x86-based systems.

如果您听到有人说，“好吧，它起作用了，所以一切都错了。”，好吧，他们大错特错了。

他们只是没有观察到它失败了。

还有。