c - 为什么编译器会假设这些看似相等的指针不同？

Question

看起来经过一些优化的 GCC 认为来自不同翻译单元的两个指针永远不会相同，即使它们实际上相同。

代码:

ma​​in.c

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

int a __attribute__((section("test")));
extern int b;

void check(int cond) { puts(cond ? "TRUE" : "FALSE"); }

int main() {
    int * p = &a + 1;
    check(
        (p == &b)
        ==
        ((uintptr_t)p == (uintptr_t)&b)
    );
    check(p == &b);
    check((uintptr_t)p == (uintptr_t)&b);
    return 0;
}

BC

int b __attribute__((section("test")));

如果我用-O0编译它，它会打印

TRUE
TRUE
TRUE

但是用-O1

FALSE
FALSE
TRUE

所以 p 和 &b 实际上是相同的值，但是编译器假设它们永远不会相等，优化了它们的比较。

我不知道是哪个优化造成的。

它看起来不像严格的别名，因为指针是一种类型，-fstrict-aliasing 选项不会产生这种效果。

这是记录在案的行为吗？或者这是一个错误？

Answer 1

您的代码中有三个方面会导致一般问题:

1. 指针到整数的转换是实现定义的。不能保证两个指针的转换使所有位都相同。

2. uintptr_t 保证从指针转换为相同类型然后原封不动地返回(即比较等于原始指针)。但仅此而已。不保证整数值自身 比较相等。例如。可能存在具有任意值的未使用位。参见标准，7.20.1.4 .

3. 并且(简而言之)两个指针可以只有当它们指向同一个数组或紧跟在它后面(最后一个条目加一)或至少一个是null时才比较相等指针。对于任何其他星座来说，它们都是不平等的。有关确切的详细信息，请参阅标准，6.5.9p6 .

最后，无法保证工具链(通常是静态变量的链接器，自动变量的编译器)如何将变量放置在内存中。只有数组或 struct(即复合类型)才能保证其元素的顺序。

对于您的示例，6.5.9p7 也适用。它基本上将指向非数组对象的指针用于比较，就像对大小为 1 的数组的第一个条目进行比较一样。这不会像 &a + 1 那样不覆盖对象的递增指针。相关的是指针所基于的对象。即对象 a 用于指针 p 和 b 用于指针 &b。其余的可以在第 6 段中找到。

您的变量都不是数组(第 6 段的最后一部分)，因此指针不需要比较相等，即使对于 &a + 1 == &b 也是如此。最后一个“TRUE”可能来自 gcc，假设 uintptr_t 比较返回 true。

众所周知，gcc 在严格遵循标准的同时积极优化。其他编译器更为保守，但这会导致代码优化程度较低。 请不要尝试通过禁用优化或其他 hack 来“解决”这个问题，而是使用定义明确的行为来修复它。这是代码中的错误。