当内存来自 malloc 时，将 char * 转换为另一种指针类型是否会违反严格的别名规则？

Question

我读到

char *

- 以及它们的有符号和无符号对应物 - 可以在不违反严格别名规则的情况下为任何类型别名。但是，让

char *

指向

int

变量并将该

char *

转换为

double *

会违反规则，因为底层对象的类型为

int

。但如果记忆来自

malloc

呢？例如：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    void *buffer = malloc(32);
    unsigned char *ptr = buffer;

    *ptr = 10;
    *((double *)(ptr + 1)) = 3.14;
    *((double *)(ptr + 9)) = 2.718;

    printf("*ptr: %d\n", *ptr);
    printf("*(ptr + 1): %lf\n", *((double *)(ptr + 1)));
    printf("*(ptr + 9): %lf\n", *((double *)(ptr + 9)));
    
    return 0;
}

这将打印以下内容：

*ptr: 10
*(ptr + 1): 3.140000
*(ptr + 9): 2.718000

如果我错了，请纠正我，但据我所知，malloc 的内存是无类型的，可以存储任何数据，不像

int

数组只能存储

int

类型的数据。

我没有收到来自 gcc 的任何警告，但显然当你违反严格的别名规则时，它警告你的方式不太可靠。那么我的例子会破坏它们吗？

Answer 1

由于未对齐的指针导致无效访问，您的代码具有未定义的行为。

malloc

返回的指针的内存地址被指定为最大对齐，以便该地址可以被不同类型使用而不会出现问题。这就是为什么这样做是有效的

double* ptr = malloc(8*sizeof(double));

另一方面，不能保证

ptr+1

是

double

正确对齐的指针。事实上，只要我们知道

ptr

本身已正确对齐，它很可能没有对齐。

下一个问题是，如果我们更改代码以使指针正确对齐，您的问题的答案是什么。

int main(void)
{
    void *buffer = malloc(32);
    unsigned char *ptr = buffer;

    *ptr = 10;
    *((double *)(ptr + _Alignof(double))) = 3.14; //(*)

    printf("*ptr: %d\n", *ptr);
    printf("*(ptr + _Alignof(double)): %lf\n", *((double *)(ptr + _Alignof(double))));
    
    return 0;
}

对于上述修改后的代码，假设没有对分配的缓冲区进行出界访问，则行为是明确定义的。这个从cppreference中对应的描述可以看出：

如果对象是由分配函数创建的（包括 realloc），它没有声明类型。这样的对象获得了有效的 输入如下：

• 第一次通过类型为 other 的左值写入该对象 不是字符类型，此时该左值的类型变为 该对象对于该写入和所有后续读取的有效类型。
• memcpy 或 memmove 将另一个对象复制到该对象中，或者复制 另一个对象作为字符类型数组放入该对象中，位于 源对象的有效类型（如果有的话） 成为该对象对于该写入和所有的有效类型 后续阅读。
• 对未声明的对象的任何其他访问 类型，有效类型是用于的左值的类型 访问。

在标记为

(*)

的行，我们点击了上面引号中的第一个项目符号，对于现在位于

double

地址的

ptr+_Alignof(double)

对象，有效类型固定为double。

即使指针正确对齐，

(*)

之后的以下代码也会违反严格别名规则。

int i = *((int *)(ptr+_Alignof(double));