别名结构和数组的一致方式

Question

在 ISO C 之前的旧时代，以下代码不会让任何人感到惊讶：

struct Point {
    double x;
    double y;
    double z;
};
double dist(struct Point *p1, struct Point *p2) {
    double d2 = 0;
    double *coord1 = &p1.x;
    double *coord2 = &p2.x;
    int i;
    for (i=0; i<3; i++) {
        double d = coord2[i]  - coord1[i];    // THE problem
        d2 += d * d;
    return sqrt(d2);
}

当时，我们都知道双精度对齐允许编译器在struct Point 中不添加任何填充，我们只是假设指针算法可以完成这项工作。

不幸的是，这条有问题的行使用了指针算法（p[i] 是定义 *(p + i)）在任何数组之外，这是标准明确不允许的。 C11 的 n1570 草案在 6.5.6 加法运算符§8 中说：

当一个整数类型的表达式被添加到指针指针中或从指针指针中减去时， 结果具有指针操作数的类型。 如果指针操作数指向一个元素 一个数组对象，并且数组足够大，结果指向一个元素的偏移量 原始元素使得结果和原始的下标的差异 数组元素等于整数表达式...

当我们没有同一个数组的两个元素时什么都不说，标准未指定它并从那里未定义的行为（即使所有常见的编译器都对此感到高兴......）

问题：

由于这个习惯用法允许避免代码复制只更改x 和y 然后z 这很容易出错，因此浏览结构的元素就像它们是同一个数组？

免责声明：显然它只适用于相同类型的元素，并且可以使用简单的static_assert 来检测填充，如我的that other question 所示，因此填充、对齐和混合类型不是 我的问题在这里。

Answer 1

C 没有定义任何方式来指定编译器不得在struct Point 的命名成员之间添加填充，但是许多编译器都有一个扩展来提供这一点。如果您使用这样的扩展，或者您只是愿意假设不会有填充，那么您可以使用带有匿名内部 struct 的 union，如下所示：

union Point {
    struct {
        double x;
        double y;
        double z;
    };
    double coords[3];
};

然后您可以通过它们各自的名称或通过coords 数组访问坐标：

double dist(union Point *p1, union Point *p2) {
    double *coord1 = p1->coords;
    double *coord2 = p2->coords;
    double d2 = 0;

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        double d = coord2[i]  - coord1[i];
        d2 += d * d;
    }
    return sqrt(d2);
}

int main(void) {
    // Note: I don't think the inner braces are necessary, but they silence
    //       warnings from gcc 4.8.5:
    union Point p1 = { { .x = .25,  .y = 1,  .z = 3 } };
    union Point p2;

    p2.x = 2.25;
    p2.y = -1;
    p2.z = 0;

    printf("The distance is %lf\n", dist(&p1, &p2));

    return 0;
}

Answer 2

这主要是对 JohnBollinger 的answer 的补充。匿名结构成员确实允许使用干净整洁的语法，并且 C 将联合定义为 由序列组成的类型 存储重叠的成员（6.7.2.1 结构和联合说明符§6）。然后在 6.5.2.3 结构和联合成员中指定访问联合成员：

3 后缀表达式后跟 .运算符和标识符指定的成员 结构或联合对象。该值是命名成员的值，⁹⁵⁾ 并且是一个左值，如果 第一个表达式是左值。

和（非规范但信息丰富的）注释 95 精确：

95) 如果用于读取联合对象内容的成员与上次用于读取的成员不同 在对象中存储一个值，该值的对象表示的适当部分被重新解释 作为 6.2.6 中描述的新类型中的对象表示（有时称为“类型 双关语''）。这可能是一个陷阱表示。

这意味着对于当前版本的标准，在联合中的匿名结构成员的帮助下，数组对结构的别名是明确定义的行为。