c - 限制gcc中相同类型的两个对象之间的字段访问

Question

假设我们有以下代码:

typedef struct {
  int f1;
  int f2;
} t_str;

int f(t_str* p, t_str* q)
{
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;
  p[0].f1++;
  q[0].f2++;

return 0;
}

当我们使用 -O3 选项编译它(我使用 gcc-5.1.0)时，编译器得到以下汇编器:

f:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    movl    8(%esp), %edx
    movl    4(%esp), %ecx
    movl    4(%edx), %eax
    addl    $9, (%ecx)
    addl    $9, %eax
    movl    %eax, 4(%edx)
    xorl    %eax, %eax
    ret
    .cfi_endproc

这意味着 gcc 决定访问 p 的字段 f1 和访问 q 的字段 f2 从不别名。我猜这是因为假设两个相同类型的对象从不重叠或者它们是相同的。但我没有在标准中发现问题。

所以请问，任何人都可以在标准中找到这个问题，或者 gcc 限制字段访问的另一个原因，或者评论发生了什么？

更新:

好吧，我也考虑过第 6.5 节的第 7 段，但对我来说，以明确的形式为所有对象提供类似的东西会更舒服:

6.5.16.1 Simple assignment

3 If the value being stored in an object is read from another object that overlaps in any way the storage of the first object, then the overlap shall be exact and the two objects shall have qualified or unqualified versions of a compatible type; otherwise, the behavior is undefined.

不幸的是，这个规则不能在这里使用。

现在看，如果对于上面的代码我做了以下函数:

void main()
{
    char * c = malloc(12);
    memset(c, 0, 12);
    f((t_str *)(c + 4), (t_str *)c);
    printf("%d %d %d\n", ((t_str *)c)->f1, ((t_str *)c)->f2, ((t_str *)(c + 4))->f2);
}

现在我在执行过程中得到以下信息:

$ gcc-5.1.0 test1.c -O3 && ./a.out
0 9 0
$ gcc-5.1.0 test1.c -O0 && ./a.out
0 18 0

那么您认为这段代码如何有效？因为我不确定它是否符合第 6.5 节第 7 段。

PS:有趣的事情:

$ gcc-5.1.0 test1.c -O3 -fwhole-program && ./a.out
0 10 0
$ gcc-5.1.0 test1.c -O3 -flto && ./a.out
0 10 0

Answer 1

C11 最新草案 (N1570) 第 6.5 节第 7 段内容如下:

对象的存储值只能由具有以下类型之一的左值表达式访问:88) — 与对象的有效类型兼容的类型， — 与对象的有效类型兼容的类型的限定版本， — 一个类型，它是对应于对象的有效类型的有符号或无符号类型， — 一个类型，它是与对象的有效类型的限定版本相对应的有符号或无符号类型， - 在其成员中包含上述类型之一的聚合或 union 类型(递归地包括子聚合或包含的 union 的成员)，或 — 一种字符类型。

我将其解释为 p 指向的对象和 q不能重叠，除非它们是同一个对象，因为 t_str对象应该通过适当的指针访问。

标准不够精确，无法明确&p->f2不是指向 t_str 的有效指针由 2 int 组成的对象在 p[0] 之间共享和 p[1] .然而这似乎是不正确的，因为编译器可能会在 f1 之间插入填充。和 f2或者确实在 f2 之间和结构的结尾。

顺便说一句，&p->f2 - &p->f1不是有效的表达式，因为第 6.5.6 节加法运算符的第 9 段规定了此约束:当两个指针相减时，两者都应指向同一数组对象的元素，或指向数组对象最后一个元素的元素；

如果函数f()指向char作为参数并通过此指针访问数据，gcc无法假设此数据与 int 不同p指向的结构成员和 q .这个有点违反直觉的异常是为什么这么多 C 库函数原型(prototype)有 restrict 的原因。许多指针参数的限定符。 (函数原型(prototype)中的这些限定符只是对程序员的提示，并没有真正告诉编译器任何信息)。