编译器指令重新排序

Question

struct Vec
{
    double x, y, z;
};

Vec vec;
vec.x = 1.0;
vec.y = 2.0;
vec.z = 3.0;
double res = (&vec.x)[2];    // (&vec.x)[2] should be equal to vec.z

变量res的值应等于3。但是当我打开优化时，编译器错误地重新排列了指令，并且res包含一些垃圾。一些可能的重新排序示例：

vec.x = 1.0;
vec.y = 2.0;
vec.z = 3.0;
res = (&vec.x)[2];    // correct value

vec.x = 1.0;
vec.y = 2.0;
res = (&vec.x)[2];    // incorrect value
vec.z = 3.0;

vec.x = 1.0;
res = (&vec.x)[2];    // incorrect value
vec.y = 2.0;
vec.z = 3.0;

这是编译器中的错误吗？还是不允许像这样访问结构数据成员？

编辑：

我刚刚意识到之前的代码实际上有效，抱歉。但这不起作用：

Vec vec;
vec.x = 1.0;
vec.y = 2.0;
vec.z = 3.0;
double res = (&vec.x)[i];    // (&vec.x)[i] should be equal to vec.z when i == 2

当编译时不知道变量i时，编译器会错误地重新排序指令。

Answer 1

我最终找到了一个解决方案，可以防止指令重新排序并且不会增加Vec结构的大小：

struct Vec
{
    union
    {
        struct
        {
            double x, y, z;
        };
        double data[3];
    };
};

Vec vec;
vec.x = 1.0;
vec.y = 2.0;
vec.z = 3.0;
double res = vec.data[i];

谢谢你的回答。

Answer 2

除了未定义的行为之外，请注意，C并未强制将它们彼此相邻分配。如果您想通过索引和名称引用它们，我建议采取其他方式：

struct Vec
{
    double elems[3];
    double& x;
    double& y;
    double& z;

    Vec()
    : x( elems[0] ), y( elems[1] ), z( elems[2] )
    {
    }
};

如果您负担不起每个对象可能（但不是必要的）额外空间，您不妨将x、y、z声明为返回引用的函数。

Answer 3

您正在调用未定义的行为<代码>(

当向指针添加或从指针中减去具有整数类型的表达式时，结果具有指针操作数的类型。如果指针操作数指向数组对象⁸⁴的元素，并且数组足够大，则结果指向与原始元素偏移的元素，使得结果和原始数组元素的下标差等于整数表达式。换句话说，如果表达式P指向数组对象的第i个元素，则表达式（P）N（等价地，N（P））和（P）-N（其中N的值为n）分别指向数组对象的第i个第n个和第i−n个元素，前提是它们存在。此外，如果表达式P指向数组对象的最后一个元素，则表达式（P）1指向数组对象的最后一个元素，如果表达式Q指向数组对象的最后一个元素，则表达式（Q）-1指向数组对象的最后一个元素。如果指针操作数和结果都指向同一个数组对象的元素，或者数组对象的最后一个元素之后的元素，则计算不应产生溢出；否则，行为未定义。

另见上文附注84：

84）为此目的，不是数组元素的对象被认为属于单元素数组；参见5.3.1。

由于vec. x不是数组，因此被认为是单元素数组的元素。因此vec. x和vec. z不是同一个数组的元素，行为未定义。