不同类型和大小的指针的联合

Question

typedef struct  {  char   ch;  int   num;  }  st_t;
typedef union   {  char *pch;  st_t *pst;  }  un_t;

st_t st;
st.ch = 's';

un_t un = { &st.ch };
*un.pch = 'u';

printf("%c\n", un.pst->ch);  // expect: print the letter 'u'

据我所知，结构体第一个成员的地址和结构体本身的地址是一样的，所以un可以同时指向st和st.ch 同时访问 pst 和 pch。但是，C99 标准似乎从未明确表示 the sizes of different types of pointers are identical。然后，我担心代码会不会被破坏，例如违反严格的别名规则，成为未定义的行为等？

Answer 1

虽然这样的构造并不严格符合指针大小的标准，但实际上最常见的实现（即 msvc，gcc/linux）确实对非函数指针使用相同的表示形式。

因此，在这些实现中，它应该可以如您所愿地工作。

Answer 2

行：

un_t un = {&st.ch};
*un.pch = 'u';

将结构的成员 ch 的地址分配给联合的成员 pch，然后使用该指针向该地址写入一个字符。这是完全正确的。

后面一行有问题：

printf("%c\n", un.pst->ch);

除了上次存储的成员之外的联合成员被读取。
下面可能是陷阱¹表示²:

un.pst

¹（引自：ISO/IEC 9899:201x 6.2.6.1 总则 5）
某些对象表示不需要表示对象类型的值。如果存储对象的值具有这样的表示，并由执行以下操作的左值表达式读取没有字符类型，行为未定义。如果产生这样的表示通过一个通过左值表达式修改对象的全部或任何部分的副作用没有字符类型，行为未定义。 50）这样的表示被称为陷阱表示。

²（引自：ISO/IEC 9899:201x 6.5.2.3 结构和联合成员 3 脚注 95）
如果用于读取联合对象内容的成员与上次用于读取的成员不同在对象中存储一个值，该值的对象表示的适当部分被重新解释作为 6.2.6 中描述的新类型的对象表示（有时称为“类型”的过程双关语”）。这可能是陷阱表示。

Answer 3

C 标准试图定义所有符合要求的实现所需的特性、特性和保证；它不会努力描述 99% 的实现所共有的大部分有用特性和特性，但这些特性不是必需的。

在绝大多数实现中，所有数据指针都使用相同的表示，因此给定 thingType *foo=xxx; void *vfoo = foo;，两者都 foo 和 vfoo 将保持相同的位模式。在咄咄逼人的日子之前优化器，这样的实现将非常有用地允许任何类型的数据使用 void** 访问指针，因此可以编写如下函数：

int realloc_if_possible(void **p, int newsize)
{
  void *temp = realloc(*p, newsize);
  if (!temp) return -1;
  *p = temp;
  return 0;
}

但由于 C 标准不要求编译器在以下情况下识别别名向函数传递除 void* 以外的任何类型指针的地址，许多现代编译器不再支持这种结构，除非所有基于类型的禁用别名优化。

不同类型和大小的指针的联合

Union of different types and sizes of pointers

c

pointers

strict-aliasing

undefined-behavior

unions