严格别名冲突和内存地址

Question

我试图理解C和C的严格别名规则。我已经问了很多关于这个问题的问题，并做了一些阅读，但我只想澄清一些事情。

// void* can alias any other type:
int anInt;
void* pToVoid = (void*)&anInt; // Allowed
// So can char*
char* pToChar = (char*)&anInt; // Allowed

指向任何类型的指针都可以别名void*，这就是为什么我们可以这样做:

int* myNewInt = (int*)malloc(sizeof(int));

但是:

(问题1)任何指针类型都可以别名char指针吗？

    char myChars[4];
    int* pInt = (int*)myChars; // Is this allowed?
// I'm guessing so because this is how we create buffers
    float* pFloat = (float*) pInt; // I know this is strict aliasing violation

问题2：此外，当将任何指针类型别名为char或void指针类型时，我们需要确保正确的对齐方式，对吗？在堆栈上不能保证char或char数组在我们从新或malloc获得它时会对齐，对吧？

我的第三个问题是，当您投射指针或指针别名相同的内存时，是否违反了严格的别名规则？例如：

struct MyStruct
{
    int myInt;
    float myFloat;
};

int main()
{
    MyStruct myStructObj;
    float* pFloat = &myStructObj.myInt; // This is aliasing the wrong type, not allowed
// However if I move the float* then it no longer aliases the wrong type
    pFloat += 1;
// Now the pointer points to the right type. However is it now too late? My program
// has UB because I first aliased the pointer in the first place?
// On the other hand I assume this is allowed though:
   float pFloat = (float*)(((char*)&myStructObj.myInt) + sizeof(int));
// This way the float pointer never aliases the int, the int pointer is 
// first cast to char*, then char* to float*, which I assume is allowed.
}

换句话说，访问相同内存或分配不同指针类型的严格别名规则是什么？因为如果它只是关于内存访问，那么我将float*赋值给int*的例子很好，因为我先移动它，对吗？

编辑：已经指出C和C的别名规则是不同的，因此我将其标记为关于C。

Answer 1

问题:< br >在C #中，别名完全与寄存器的使用有关。浮点值保存在与整数不同的寄存器中并不罕见。实际上，当编译器缓存一个值时，它必须将其绑定到一个寄存器。如果将相同的值作为不同的类型加载，最终可能会有多个寄存器绑定到相同的值(比如，一个寄存器使用int值，一个寄存器使用float版本)。< br >解决这个问题的一种方法是告诉编译器总是写入内存(禁用一些寄存器缓存-使代码更慢)< br >另一种方法是向编译器promise它可以以任何它认为合适的方式缓存，并且您永远不会更改类型。

实用程序< br >现代的解决方案是(spans)在旧的html" target="_blank">编译器gsl::span上创建一个库来支持这个解决方案。两种解决方案都支持“as_bytes”函数。

安全处理此类问题的现代方法是将内存建模为 std：：bytes（旧代码中的 gsl：：bytes）。由于此答案显示 std：：byte 指针具有与 char*？ 相同的混叠含义，因此标准指定 std：：byte 从不容易出现混叠问题。此解决方案确实强制您显式复制，这可能是设计使然。

更新：
您的问题：

< li >是的，任何指向char的指针都可以避免别名问题(但最好是byte) < li >如果您将对象创建为它们自己的类型，并生成字节跨度，那么对齐就不是问题。字节没有对齐。 < li >当不同类型的指针指向同一个内存时，就会违反别名。如上所述，这有创建两个缓存值的风险，这两个缓存值可能会变得不同步。

更新:刚刚发现https://en.cppreference.com/w/cpp/numeric/bit_cast.酷

其他
对不起，我刚刚意识到我错过了你的问题。将任意指针强制转换为char，转换为基本类型（如int），并不能保证有效。但这与别名无关。这与CPU有关。它将在x86/x64上运行，因为CPU支持这一点。并非所有CPU都这样。但是，从字符/字节指针复制总是有效的。

Answer 2

严格别名冲突是指通过不兼容的句柄访问数据。在您的代码中，您永远不会访问数据。转换指针只是转换指针的值，与别名冲突没有任何关系。

void*可以作为任何其他类型的别名:

是的，您可以将任何其他指针值转换为void*类型的指针。

任何指针类型都可以别名char指针吗？

指针必须指向与其所指向的类型对齐的内存位置。例如C11 6.3.2.3p7和C draft expr#static。cast-13和C draft expr#reinterpret.cast-7。当指针未对齐时，我看到结果在C中未定义，在C中没有指定。

float* pFloat = (float*) pInt; // I know this is strict aliasing violation

不，它不是，您不访问指针后面的数据。假设指针正确对齐（可能不是）和 sizeof（float） == sizeof（myChars） （可能不是）：现在，如果你要做例如 *pFloat = 1.0;，那么你实际上会访问数据，然后你可能最终会与别名违规有任何关系。我认为使用新字符[]或马洛克的结果来铸造浮点数*是UB（严格的别名违规）吗？很好地回答了所有情况。

从new或malloc中获取char或char数组时，不能保证栈上的char或char数组是对齐的，对吗？

对

是否在强制转换指针或指针别名相同内存时违反了严格的别名规则？

不，转换指针不会访问数据。不，指向同一位置的两个指针不会访问指针后面的数据。

访问同一内存或分配不同指针类型是否有严格的别名规则？

只是关于访问。

因为如果它只是关于内存访问，那么我将浮点数*分配给int*的示例很好，因为我先移动它，对吧？

因此，有不同的规则会影响它。不能保证我的结构：：myFloat从一开始就处于大小（int） - 编译器可以在结构成员之间插入填充。使用宏的偏移量。