在 C 语言中，在语义上是否可以创建类型不完整的左值？

Question

在 C89 标准中，我找到了以下部分：

3.2.2.1 左值和函数指示符

除非它是 sizeof 运算符、一元 & 运算符、++ 运算符、-- 运算符或 . 的左操作数的操作数。运算符或赋值运算符，不具有数组类型的左值将转换为存储在指定对象中的值（并且不再是左值）。如果左值具有限定类型，则该值具有左值类型的非限定版本；否则该值具有左值的类型。 如果左值的类型不完整且没有数组类型，则行为未定义。

如果我没看错的话，它允许我们创建一个lvalue 并在其上应用一些运算符，这会编译并在运行时导致未定义的行为。

问题是，我想不出一个“不完整类型的左值”的例子，它可以通过编译器的语义检查并触发undefined behavior。

考虑左值是

左值是指定对象的表达式（具有对象类型或除 void 以外的不完整类型）。

那个不完整的类型是

类型分为对象类型（描述对象的类型）、函数类型（描述函数的类型）和不完整类型（描述对象但缺少确定其大小所需信息的类型）。

我试过的一个失败的程序：

struct i_am_incomplete;
int main(void)
{
    struct i_am_incomplete *p;
    *(p + 1);
    return 0;
}

并得到以下错误：

error: arithmetic on a pointer to an incomplete type 'struct i_am_incomplete'
    *(p + 1);
      ~ ^

谁能想到这方面的例子？ “不完整类型的左值”示例，可以通过编译器的语义检查并触发undefined behavior。

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更新：

正如@algrid 在答案中所说，我误解了undefined behavior，其中包含compile error 作为选项。

也许我要扯皮了，我仍然想知道这里的潜在动机是更喜欢undefined behavior 而不是disallowing an lvalue to have an incomplete type。

Answer 1

我相信这个程序演示了这个案例：

struct S;
struct S *s, *f();

int main(void)
{
    s = f();
    if ( 0 )
        *s;   // here
}

struct S { int x; };
struct S *f() { static struct S y; return &y; }

在标记线上，*s 是一个不完整类型的左值，它不属于您引用的 3.2.2.1（即 6.3.2.1/2 in现行标准）。因此这是未定义的行为。

我在 gcc 和 clang 中尝试了我的程序，但他们都拒绝了它，错误是无法取消引用指向不完整类型的指针；但我在标准中找不到任何会违反约束的地方，所以我认为编译器拒绝该程序是不正确的。或者，由于省略了这样的约束，标准可能是有缺陷的，这是有道理的。

（由于代码在if(0) 内，这意味着编译器不能仅仅因为它是未定义的行为而拒绝它）。

Answer 2

某些构建系统的设计方式可能允许以下代码：

extern struct foo x;
extern use_foo(struct foo x); // Pass by value

...
use_foo(x);

无需编译器知道或关心即可成功处理 关于 struct foo 的实际表示[例如，某些系统可能会通过让调用者传递对象的地址并要求被调用函数在要修改它时制作副本来处理按值传递]。

这样的工具可能在支持它的系统上很有用，我不认为标准的作者想要暗示使用该功能的代码被“破坏”，但他们也不想强制所有的 C 实现都支持这样的特性。使行为未定义将允许实现在实际时支持它，而不需要他们这样做。

Answer 3

“未定义行为”术语包括编译错误作为选项。来自 C89 标准：

未定义的行为 - 在使用不可移植或错误的程序构造、错误数据或不确定值对象时的行为，标准对此没有任何要求。允许的未定义行为的范围从完全忽略具有不可预测结果的情况，到在翻译或程序执行期间以环境特征的记录方式表现（有或没有发出诊断消息），到终止翻译或执行（发出的诊断消息）。

如您所见，“终止翻译”是可以的。

在这种情况下，我相信您为示例代码得到的编译错误是作为编译时错误实现的“未定义行为”的示例。

Answer 4

当然，数组类型可以是：

extern double A[];
...
A[0] = 1;           // lvalue conversion of A

即使A 的定义对编译器不可见，它也具有明确定义的行为。所以在这个 TU 中，数组类型永远不会完成。