Apa semantik objek yang tumpang tindih di C?

Pertimbangkan struct berikut:

struct s {
  int a, b;
};

Biasanya ¹ , struct ini akan memiliki ukuran 8 dan alignment 4.

Bagaimana jika kita membuat dua struct sobjek (lebih tepatnya, kita menulis ke dalam penyimpanan yang dialokasikan dua objek tersebut), dengan objek kedua tumpang tindih yang pertama?

char *storage = malloc(3 * sizeof(struct s));
struct s *o1 = (struct s *)storage; // offset 0
struct s *o2 = (struct s *)(storage + alignof(struct s)); // offset 4

// now, o2 points half way into o1
*o1 = (struct s){1, 2};
*o2 = (struct s){3, 4};

printf("o2.a=%d\n", o2->a);
printf("o2.b=%d\n", o2->b);
printf("o1.a=%d\n", o1->a);
printf("o1.b=%d\n", o1->b);

Apakah ada sesuatu tentang program ini perilaku yang tidak terdefinisi? Jika demikian, di mana itu menjadi tidak terdefinisi? Jika bukan UB, apakah dijamin untuk selalu mencetak yang berikut ini:

o2.a=3
o2.b=4
o1.a=1
o1.b=3

Secara khusus, saya ingin tahu apa yang terjadi pada objek yang ditunjukkan oleh o1kapan o2, yang tumpang tindih, ditulis. Apakah masih diizinkan mengakses bagian yang belum dibuka ( o1->a)? Apakah mengakses bagian clobbered o1->bsama dengan mengakses o2->a?

Bagaimana tipe efektif berlaku di sini? Aturannya cukup jelas ketika Anda berbicara tentang objek yang tidak tumpang tindih dan pointer yang menunjuk ke lokasi yang sama dengan toko terakhir, tetapi ketika Anda mulai berbicara tentang jenis bagian efektif dari objek atau objek yang tumpang tindih, itu kurang jelas.

Adakah yang akan berubah jika tulisan kedua dari jenis yang berbeda? Jika anggota mengatakan intdan shortbukan dua int?

Ini adalah godbolt jika Anda ingin bermain dengannya di sana.

¹ Jawaban ini berlaku untuk platform di mana ini tidak terjadi juga: misalnya, beberapa mungkin memiliki ukuran 4 dan penyelarasan 2. Pada platform di mana ukuran dan penyelarasan adalah sama, pertanyaan ini tidak akan berlaku karena sejajar, objek yang tumpang tindih akan tidak mungkin, tapi saya tidak yakin apakah ada platform seperti itu.

Pada dasarnya ini semua area abu-abu dalam standar; aturan aliasing yang ketat menentukan kasus dasar dan meninggalkan pembaca (dan vendor kompiler) untuk mengisi rinciannya.

Sudah ada upaya untuk menulis aturan yang lebih baik tetapi sejauh ini mereka belum menghasilkan teks normatif dan saya tidak yakin apa status ini untuk C2x.

Seperti yang disebutkan dalam jawaban saya untuk pertanyaan Anda sebelumnya, interpretasi yang paling umum adalah p->qarti (*p).qdan tipe efektif berlaku untuk semua *p, meskipun kita kemudian melanjutkan untuk menerapkan .q.

Di bawah interpretasi ini, printf("o1.a=%d\n", o1->a);akan menyebabkan perilaku yang tidak terdefinisi karena tipe lokasi yang efektif*o1 tidak s(karena sebagian telah ditimpa).

Alasan untuk interpretasi ini dapat dilihat dalam fungsi seperti:

void f(s* s1, s* s2)
{
    s2->a = 5;
    s1->b = 6;
    printf("%d\n", s2->a);
}

Dengan interpretasi ini, baris terakhir dapat dioptimalkan puts("5");, tetapi tanpa itu, kompiler harus mempertimbangkan bahwa pemanggilan fungsi mungkin f(o1, o2);dan karenanya kehilangan semua manfaat yang konon disediakan oleh aturan aliasing yang ketat.

Argumen serupa berlaku untuk dua tipe struct yang tidak terkait yang keduanya memiliki intanggota pada offset yang berbeda.