对结构进行索引是否合法？

Question

不管代码有多“糟糕”，并且假设对齐等在编译器/平台上不是问题，这是未定义或损坏的行为吗？

如果我有这样的结构：-

 struct data
{
    int a, b, c;
};

struct data thing;

Is it legal to access a , b and c as (&thing.a)[0] , (&thing.a)[1] , and (&thing.a)[2] ?

在每种情况下，在我尝试过的每个编译器和平台上，我尝试过的每个设置都“有效”。我只是担心编译器可能没有意识到 b 和 thing[1] 是同一个东西，并且存储到 ‘b’ 的内容可能会放在一个寄存器中，而 thing[1] 从内存中读取错误的值（例如）。在每种情况下，我都尝试过它做了正确的事情。 （我当然意识到这并不能证明太多）

这不是我的代码；这是我必须使用的代码，我对这是 坏 代码还是 损坏 代码感兴趣，因为不同之处会影响我对其进行大量更改的优先级:)

标记 C 和 C++ 。我对 C++ 最感兴趣，但如果 C 不同，我也对 C 感兴趣，只是为了感兴趣。

原文由 jcoder 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

这是非法的1 。这是 C++ 中的未定义行为。

您正在以数组方式获取成员，但这是 C++ 标准所说的（强调我的）：

[dcl.array/1] : …数组类型的对象包含一个 连续 分配的非空集合，由 N 个 T 类型的子对象组成…

但是，对于成员来说，没有这样的 连续 要求：

[class.mem/17] : …;实现对齐要求 可能会导致两个相邻的成员不会被立即分配…

虽然上面的两个引号应该足以暗示为什么索引到 struct 不是 C++ 标准定义的行为，让我们举一个例子：看看表达式 (&thing.a)[2] - 关于下标运算符：

[expr.post//expr.sub/1] ： 后缀表达式后跟方括号中的表达式是后缀表达式。其中一个表达式应为“T 数组”类型的左值或“指向 T 的指针”类型的纯右值，另一个应为无作用域枚举或整数类型的纯右值。结果是类型“T”。类型“T”应为完全定义的对象类型。66 表达式 E1[E2] ((E1)+(E2)) （根据定义）

深入研究上面引用的粗体文本：关于将整数类型添加到指针类型（注意这里的重点）..

[expr.add/4] : 当一个整数类型的表达式被添加到指针或从指针中减去时，结果具有指针操作数的类型。 If the expression P points to element x[i] of an array object x with n elements, the expressions P + J and J + P (where J has the value j ) point to the (possibly-hypothetical) element x[i + j] if 0 ≤ i + j ≤ n ; 否则，行为未定义。 …

注意 if 子句的 数组 要求； 否则 在上面的引用中。表达式 (&thing.a)[2] 显然不符合 if 子句的条件；因此，未定义的行为。

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附带说明：虽然我已经在各种编译器上对代码及其变体进行了广泛的试验，但它们在这里没有引入任何填充，（它 _有效_）；从维护的角度来看，代码是极其脆弱的。在执行此操作之前，您仍然应该断言实现连续分配成员。并保持在界内:-)。但它仍然是未定义的行为….

其他答案提供了一些可行的解决方法（具有定义的行为）。

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正如评论中正确指出的那样，我之前编辑的 [basic.lval/8] 不适用。谢谢@2501 和@MM

1 ：请参阅@Barry 对此问题的回答，了解您可以通过此部分访问 thing.a 结构成员的唯一一个法律案例。

原文由 WhiZTiM 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议

Answer 2

不。在 C 中，即使没有填充，这也是未定义的行为。

导致未定义行为的事情是越界访问1 。当您有一个标量（结构中的成员 a、b、c）并尝试将其用作数组2来访问下一个假设元素时，您会导致未定义的行为，即使恰好在那个地址。

但是，您可以使用 struct 对象的地址并计算特定成员的偏移量：

 struct data thing = { 0 };
char* p = ( char* )&thing + offsetof( thing , b );
int* b = ( int* )p;
*b = 123;
assert( thing.b == 123 );

这必须为每个成员单独完成，但可以放入类似于数组访问的函数中。

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1 （引自：ISO/IEC 9899:201x 6.5.6 加法运算符 8）

如果结果指向数组对象的最后一个元素，则不应将其用作计算的一元 \* 运算符的操作数。

2 （引自：ISO/IEC 9899:201x 6.5.6 加法运算符 7）

出于这些运算符的目的，指向不是数组元素的对象的指针与指向长度为 1 且对象类型作为其元素类型的数组的第一个元素的指针的行为相同。

原文由 2501 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议