灵活数组成员中的严格别名？

Question

我正在编写一个 Arena Allocator，它可以工作，但我觉得它违反了严格的别名规则。我想知道我是对还是错。这是代码的相关部分：

typedef struct ArenaNode ArenaNode;
struct ArenaNode {
    ArenaNode *next;
    size_t dataSize;
    u8 data[];
};

typedef struct {
    ArenaNode *head;
    ArenaNode *current;
    size_t currentIndex;
} Arena;

static ArenaNode *ArenaNodeNew(size_t dataSize, ArenaNode *next)
{
    ArenaNode *n = malloc(sizeof(ArenaNode) + dataSize);
    n->next = NULL;
    n->dataSize = dataSize;
    return n;
}

void *ArenaAlloc(Arena *a, size_t size)
{
    const size_t maxAlign = alignof(max_align_t);
    size_t offset = nextHigherMultiplePow2(offsetof(ArenaNode, data), maxAlign) - offsetof(ArenaNode, data);
    size_t dataSize = offset + max(size, ARENA_SIZE);
    // first time
    void *ptr;
    if (a->head == NULL) {
        ArenaNode *n = ArenaNodeNew(dataSize, NULL);
        a->head = n;
        a->current = n;
        ptr = n->data + offset;
        a->currentIndex = nextHigherMultiplePow2(offset + size, maxAlign);
    } else {
        // enough space
        if (a->currentIndex + size <= a->current->dataSize) {
            ptr = &a->current->data[a->currentIndex];
            a->currentIndex = nextHigherMultiplePow2(a->currentIndex + size, maxAlign);
        } else {
            ArenaNode *n = ArenaNodeNew(dataSize, NULL);
            a->current->next = n;
            a->current = n;
            ptr = n->data + offset;
            a->currentIndex = nextHigherMultiplePow2(offset + size, maxAlign);
        }
    }
    return ptr;
}

Arena 是 Node 的链表，Node 是一个标头，后跟数据 u8 data[]。 u8 是无符号字符。 我维护下一个可用索引 (currentIndex) 并按此索引推进 data 并将其返回为 void * (ptr = &a->current->data[a->currentIndex])。这是否违反了严格的别名规则，因为我正在将指向 u8 的指针转换为其他东西并使用它？

我的困惑来自于 malloc 返回的内存没有有效类型。但是由于我将 malloc 的指针转换为 ArenaNode * 并在分配它（在 ArenaNodeNew 中）之后设置它的数据成员（next 和 dataSize），因此有效类型变为 ArenaNode。或者是吗？我没有设置 data 字段。

基本上，我认为问题可以简化为：如果我 malloc 内存区域的大小为 10，则将指针转换为 struct {int a;} *（假设 4 字节 int），将其设置为 a，什么剩下的 6 个字节会发生什么？它有任何有效的类型吗？灵活数组成员的存在是否会对此产生任何影响？

Answer 1

作为灵活数组成员一部分的额外字节在您写入它们时将具有该成员的有效类型。

您可以安全地将ptr 声明为u8 * 并定义您的函数以返回该类型。

在您分配 10 个字节并将前 4 个字节视为给定类型的结构的示例中，其余字节还没有有效类型。您可以将它们用于任何类型，假设您使用的指针正确对齐，即您可以将int * 指向以下字节，但不能指向long long *。由于对齐。

Answer 2

这是否违反了严格的别名规则，因为我正在将指向 u8 的指针转换为其他东西并使用它？

不，您没有违反严格别名，但您的代码可能违反7.22.3 Memory management functions, paragraph 1 施加的约束：

如果分配成功，则返回的指针经过适当对齐，以便可以将其分配给具有基本对齐要求的任何类型对象的指针，然后用于访问分配空间中的此类对象或此类对象的数组...

您似乎没有确保用于任何对象的内存对于任何对象都“适当对齐”。鉴于6.3.2.3 Pointers, paragraph 7的声明：

指向对象类型的指针可以转换为指向不同对象类型的指针。如果结果指针未正确对齐引用类型，则行为未定义。

您似乎冒着未定义行为的风险。

“适当对齐”非常依赖于平台。