什么是“部分重叠的对象”？答案

【问题标题】：What are 'partially overlapping objects'?什么是“部分重叠的对象”？
【发布时间】：2011-11-09 17:00:04
【问题描述】：

我刚刚在this 线程中浏览了所有可能的未定义行为，其中之一是

分配给部分重叠对象的结果

我想知道是否有人可以给我一个“部分重叠对象”的定义以及如何创建它的代码示例？

【问题讨论】：

标签： c++ object undefined-behavior

【解决方案1】：

正如其他答案中指出的那样，联合是最明显的安排方式。

这是一个更清晰的示例，说明内置赋值运算符可能如何产生部分重叠的对象。如果不是部分重叠的对象限制，此示例将不会显示 UB。

union Y {
    int n;
    short s;
};

void test() {
    Y y;
    y.s = 3;     // s is the active member of the union
    y.n = y.s;   // Although it is valid to read .s and then write to .x
                 // changing the active member of the union, .n and .s are
                 // not of the same type and partially overlap
}

即使是相同类型的对象，您也可能会出现部分重叠。在不向X 添加填充的实现中，考虑short 严格大于char 的示例。

struct X {
    char c;
    short n;
};

union Y {
    X x;
    short s;
};

void test() {
    Y y;
    y.s = 3;     // s is the active member of the union
    y.x.n = y.s; // Although it is valid to read .s and then write to .x
                 // changing the active member of the union, it may be
                 // that .s and .x.n partially overlap, hence UB.
}

【讨论】：

【解决方案2】：

union 就是一个很好的例子。
您可以创建具有重叠成员的内存结构。

例如（来自 MSDN）：

union DATATYPE    // Declare union type
{
    char   ch;
    int    i;
    long   l;
    float  f;
    double d;
} var1;

现在，如果您使用分配 char 成员，则所有其他成员都未定义。那是因为它们在同一个内存块上，而你只为它的一部分设置了一个实际值：

DATATYPE blah;
blah.ch = 4;

如果您随后尝试访问 blah.i 或 blah.d 或 blah.f，它们将具有未定义的值。（因为只有第一个字节，它是一个字符，设置了它的值）

【讨论】：

很好的例子，但要显示有问题的 UB，您的示例可能应该是：blah.ch = 4; blah.i = blah.ch; 以避免与联合可用的其他 UB 混淆。
但是为什么在一些关于严格别名规则的文章中，作者说唯一将类型转换为字节到字节的方法是使用联合？
@osgx 如果您知道它们的大小完全相同并且可以逐字节转换，则可以这样做。在此示例中，它们的大小不同，并且不能进行字节到字节的转换
@osgx 如果您通过成员分配并尝试访问更大大小的另一个成员，则行为未定义。如果您分配双精度并尝试访问 char 值，则结果是明确定义的。

【解决方案3】：

这是指指针别名的问题，在 C++ 中是禁止的，以使编译器更容易优化。可以在this thread中找到对该问题的一个很好的解释

【讨论】：

【解决方案4】：

他的意思是严格的别名规则吗？内存中的对象不应与其他类型的对象重叠。

“严格别名是由 C（或 C++）编译器做出的一个假设，即取消引用指向不同类型对象的指针永远不会引用相同的内存位置（即相互别名。）”

【讨论】：

【解决方案5】：

典型的例子是使用 memcpy：

char *s = malloc(100);
int i;
for(i=0; i != 100;++i) s[i] = i; /* just populate it with some data */
char *t = s + 10;  /* s and t may overlap since s[10+i] = t[i] */
memcpy(t, s, 20); /* if you are copying at least 10 bytes, there is overlap and the behavior is undefined */

memcpy 是未定义行为的原因是因为没有执行复制所需的算法。在这种情况下，memmove 被引入作为一种安全的替代方案。

【讨论】：