`sizeof` 的操作数是用 VLA 评估的吗？

Question

this answer 的 cmets 部分中的一个论点促使我提出这个问题。

在下面的代码中，bar 指向一个变长数组，所以sizeof 是在运行时而不是编译时确定的。

int foo = 100;
double (*bar)[foo];

争论是关于当操作数是可变长度数组时是否使用sizeof 评估其操作数，使得sizeof(*bar) 在bar 未初始化时的行为未定义。

使用sizeof(*bar) 是否是未定义的行为，因为我正在取消引用未初始化的指针？ sizeof 的操作数是在类型是可变长度数组时实际计算的，还是只是确定其类型（sizeof 通常如何工作）？

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编辑：每个人似乎都在引用 C11 草案中的 this passage。有谁知道这是否是官方标准中的措辞？

Answer 1

是的，这会导致未定义的行为。

在 N1570 6.5.3.4/2 我们有：

sizeof 运算符产生其操作数的大小（以字节为单位），可能是 表达式或类型的括号名称。大小由操作数的类型决定。结果是一个整数。 如果操作数的类型是变长数组类型，则计算操作数;否则，不计算操作数，结果为整数常量。

现在我们有一个问题：*bar 的类型是变长数组类型吗？

由于bar 被声明为指向 VLA 的指针，取消引用它应该会产生一个 VLA。 （但我没有看到具体的文字说明它是否这样做）。

注意：可以在这里进行进一步讨论，也许可以认为*bar 的类型为double[100]，它不是VLA。

假设我们同意*bar 的类型实际上是一个VLA 类型，那么在sizeof *bar 中，表达式*bar 被求值。

bar 在这一点上是不确定的。现在看 6.3.2.1/1：

如果一个左值在计算时没有指定一个对象，则 行为未定义

由于bar 不指向对象（由于不确定），因此评估*bar 会导致未定义的行为。

Answer 2

事实上，标准似乎暗示行为是未定义的：

重新引用 N1570 6.5.3.4/2：

sizeof 运算符产生其操作数的大小（以字节为单位），它可以是表达式或类型的括号名称。大小由操作数的类型决定。结果是一个整数。如果操作数的类型是变长数组类型，则计算操作数；否则，不计算操作数，结果为整数常量。

我认为标准中的措辞令人困惑：计算操作数并不意味着将计算*bar。评估*bar 无论如何都不能帮助计算它的大小。 sizeof(*bar) 确实需要在运行时计算，但为此生成的代码无需取消引用 bar，它更有可能从保存大小计算结果的隐藏变量中检索大小信息bar 的实例化。

Answer 3

另外两个答案已经引用N15706.5.3.4p2：

sizeof 运算符产生其操作数的大小（以字节为单位），即 可以是表达式或类型的括号名称。尺寸是 由操作数的类型决定。结果是一个整数。如果 操作数的类型是变长数组类型，操作数 被评估；否则，不计算操作数并且结果 是一个整数常量。

根据标准中的那一段，是的，sizeof 的操作数被评估。

我要争辩说这是标准中的一个缺陷； something 在运行时被评估，但操作数不是。

让我们考虑一个更简单的例子：

int len = 100;
double vla[len];
printf("sizeof vla = %zu\n", sizeof vla);

根据标准，sizeof vla 计算表达式 vla。但这意味着什么？

在大多数情况下，对数组表达式求值会产生初始元素的地址——但sizeof 运算符是一个明确的例外。我们可能假设评估vla 意味着访问其元素的值，由于这些元素尚未初始化，因此具有未定义的行为。但是没有其他上下文可以对数组表达式的求值访问其元素的值，在这种情况下绝对不需要这样做。 （更正：如果使用字符串文字来初始化数组对象，则计算元素的值。）

当vla 的声明被执行时，编译器将创建一些匿名元数据来保存数组的长度（它必须这样做，因为在定义和分配vla 之后为len 分配一个新值不会'不要改变vla的长度）。确定sizeof vla 所需要做的就是将该存储的值乘以sizeof (double)（或者如果它以字节为单位存储大小，则只需检索存储的值）。

sizeof 也可以应用于带括号的类型名称：

int len = 100;
printf("sizeof (double[len]) = %zu\n", sizeof (double[len]));

根据标准，sizeof 表达式计算 类型。那是什么意思？显然它必须评估len 的当前值。另一个例子：

size_t func(void);
printf("sizeof (double[func()]) = %zu\n", sizeof (double[func()]));

这里的类型名称包括一个函数调用。评估sizeof 表达式必须调用该函数。

但在所有这些情况下，实际上都不需要评估数组对象的元素（如果有的话），这样做也没有意义。

sizeof 应用于 VLA 以外的任何内容都可以在编译时进行评估。 sizeof 应用于 VLA（对象或类型）时的区别在于 something 必须在运行时进行评估。但是要求值的不是sizeof的操作数；它只是确定操作数大小所需的任何内容，而不是操作数本身。

标准规定，如果sizeof 的操作数是可变长度数组类型，则计算该操作数。这是标准中的一个缺陷。

回到问题中的例子：

int foo = 100;
double (*bar)[foo] = NULL;
printf("sizeof *bar = %zu\n", sizeof *bar);

我已向 NULL 添加了一个初始化，以更清楚地说明取消引用 bar 具有未定义的行为。

*bar 是 double[foo] 类型，它是一个 VLA 类型。原则上，*bar 被评估，这将具有未定义的行为，因为 bar 未初始化。但同样，没有必要取消引用bar。编译器在处理double[foo] 类型时会生成一些代码，包括将foo（或foo * sizeof (double)）的值保存在匿名变量中。评估sizeof *bar 所要做的就是检索该匿名变量的值。如果更新标准以定义sizeof 的语义一致，很明显，评估sizeof *bar 是明确定义的并且产生100 * sizeof (double) 而无需取消引用bar。