Question

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我正在审查一些代码，这些代码将IO描述符中的数据接收到字符缓冲区中，对其进行一些控制，然后使用部分接收缓冲区来填充结构，并突然想知道是否可能涉及严格的别名规则违规

这是简化版

#define BFSZ 1024
struct Elt {
   int id;
   ...
};

unsigned char buffer[BFSZ];
int sz = read(fd, buffer, sizeof(buffer)); // correctness control omitted for brievety

// search the beginning of struct data in the buffer, and process crc control
unsigned char *addr = locate_and_valid(buffer, sz);

struct Elt elt;

memcpy(&elt, addr, sizeof(elt)); // populates the struct

// and use it
int id = elt.id;
...

到目前为止，这么好。提供缓冲区确实包含结构的有效表示 - 比如说它是在同一平台上生成的，所以没有字节顺序或填充问题 - memcpy调用填充了结构，可以安全地使用它。

问题：

如果结构是动态分配的，则它没有声明的类型。让我们用以下代码替换最后一行：

struct Elt *elt = malloc(sizeof(struct Element)); // no declared type here

memcpy(elt, addr, sizeof(*elt)); // populates the newly allocated memory and copies the effective type

// and use it
int id = elt->id;  // strict aliasing rule violation?
...

C语言的n1570草案在6.5表达式§6

中说

访问其存储值的对象的有效类型是声明的类型 object，如果有的话.87）如果一个值存储到一个没有声明类型的对象中 lvalue的类型不是字符类型，那么左值的类型就变成了该访问的对象的有效类型以及不修改的后续访问储存的价值。如果将值复制到未使用声明类型的对象中 memcpy或memmove，或者被复制为字符类型数组，然后是有效类型用于该访问的修改对象以及不修改该访问的后续访问 value是从中复制值的对象的有效类型，如果它有一个。

buffer确实有一个有效的类型，甚至是一个声明的类型：它是一个unsigned char的数组。这就是为什么代码使用memcpy而不是像＃：p>这样的单独混叠的原因

struct Elt *elt = (struct Elt *) addr;

这确实是一个严格的别名规则违规（并且可能另外带有对齐问题）。但是如果memcpy已经为elt指向的区域提供了有效类型的unsigned char数组，那么一切都将丢失。

问题：

从字符数组数组到没有声明类型的对象的memcpy是否给出了有效类型的字符数组？

声明：

我知道它可以在没有所有常见编译器的警告的情况下工作。我只是想知道我对标准的理解是否正确

为了更好地展示我的问题，让我们考虑使用sizeof(struct Elt2)＆lt; = sizeof(struct Elt)和

的不同结构Elt2

struct Elt2 actual_elt2 = {...};

对于静态或自动存储，我无法重用对象内存：

struct Elt elt;
struct Elt2 *elt2 = &elt;
memcpy(elt2, &actual_elt2, sizeof(*elt2));
elt2->member = ...           // strict aliasing violation!

虽然它适用于动态的（问题there）：

struct Elt *elt = malloc(sizeof(*elt));
// use elt
...
struct Elt2 *elt2 = elt;
memcpy(elt2, &actual_elt2, sizeof(*elt2));
// ok, memory now have struct Elt2 effective type, and using elt would violate strict aliasing rule
elt2->member = ...;        // fine
elt->id = ...;             // strict aliasing rule violation!

什么可以使char数组的复制不同？

Answer 1

代码很好，没有严格的别名违规。指向数据具有有效类型，因此粗体引用文本不适用。这里适用的是您遗漏的部分，最后一句6.5 / 6：

对于没有声明类型的对象的所有其他访问，对象的有效类型只是用于访问的左值的类型。

因此，指向对象的有效类型变为struct Elt。 malloc的返回指针确实指向没有delcared类型的对象，但只要指向它，有效类型就会变成struct指针的类型。否则C程序根本无法使用malloc。

使代码安全的原因还在于您将数据复制到该结构中。如果您只是指定struct Elt*指向与addr相同的内存位置，那么您将遇到严格的别名冲突和UB。

Answer 2

伦丁的回答是正确的;你正在做的事情很好（只要数据是对齐的并且具有相同的字节顺序）。

我想要注意的是，这不是C语言规范的结果，因为它是硬件的工作原理。因此，没有一个权威的答案。 C语言规范定义了语言的工作方式，而不是语言在不同系统上的编译或实现方式。

这是一篇关于SPARC与英特尔处理器上的内存对齐和严格别名的有趣文章（注意完全相同的C代码执行方式不同，并且在处理另一个平台时会在一个平台上出错）： https://askldjd.com/2009/12/07/memory-alignment-problems/

从根本上说，两个相同的结构，在具有相同endian和内存对齐的同一系统上，必须通过memcpy工作。如果它没有，那么计算机将无法做任何事情。

最后，以下问题解释了有关系统内存对齐的更多信息，joshperry的答案应该有助于解释为什么这是硬件问题，而不是语言问题： Purpose of memory alignment

memcpy对动态存储结构是否安全？

2 个答案: