是否通过联合未定义行为进行常量转换？

Question

与 C++ 不同，C 没有const_cast 的概念。也就是说，没有有效的方法将 const 限定指针转换为非限定指针：

void const * p;
void * q = p;    // not good

首先：这种转换实际上是未定义的行为吗？

无论如何，GCC 都会对此发出警告。为了制作需要 const-cast 的“干净”代码（即我可以保证我不会改变内容，但我所拥有的只是一个可变指针），我看到了以下“转换”技巧：

typedef union constcaster_
{
    void * mp;
    void const * cp;
} constcaster;

用法：u.cp = p; q = u.mp;。

C 语言通过这样的联合抛弃常量的规则是什么？我对 C 的了解非常零碎，但我听说 C 在联合访问方面比 C++ 宽松得多，所以虽然我对这种结构有不好的感觉，但我想从标准中得到一个论据（我想是 C99，不过如果这在 C11 中发生了变化，那就太好了）。

Answer 1

它的实现定义，见 C99 6.5.2.3/5：

如果联合对象的成员的值在最 最近存储到对象的是不同的成员，行为是 实现定义。

更新： @AaronMcDaid 评论说这毕竟可能是明确定义的。

标准规定如下 6.2.5/27：

同样，指向兼容的合格或不合格版本的指针 类型应具有相同的表示和对齐方式 要求.27)

27) 相同的表示和对齐要求旨在 暗示可互换性作为函数的参数，返回值来自 职能和工会成员。

和（6.7.2.1/14）：

一个指向联合对象的指针，经过适当的转换，指向它的每一个 成员（或者如果成员是位域，则指向它所在的单元 驻留），反之亦然。

一个可能得出结论，在这种特殊情况下，只有一种方法可以访问联合中的元素。

Answer 2

我的理解是，只有在您尝试修改 const 声明的对象时才会出现 UB。

所以下面的代码不是UB：

int x = 0;
const int *cp = &x;
int *p = (int*)cp;
*p = 1; /* OK: x is not a const object */

但这是UB：

const int cx = 0;
const int *cp = &cx;
int *p = (int*)cp;
*p = 1; /* UB: cx is const */

在这里使用联合而不是强制转换应该没有任何区别。

来自 C99 规范（6.7.3 类型限定符）：

如果尝试通过使用来修改使用 const 限定类型定义的对象 具有非 const 限定类型的左值，行为未定义。

Answer 3

初始化肯定不会引起UB。 §6.3.2.3/2 (n1570 (C11)) 明确允许限定指针类型之间的转换。之后是该指针中内容的使用导致了 UB（请参阅@rodrigo 的答案）。

但是，您需要显式转换才能将 void* 转换为 const void*，因为简单赋值的约束仍然要求 LHS 上的所有限定符都出现在 RHS 上。

§6.7.9/11: ...对象的初始值是表达式的初始值（转换后）；应用与简单赋值相同的类型约束和转换，将标量的类型作为其声明类型的非限定版本。

§6.5.16.1/1：（简单赋值/约束）

• ...两个操作数都是 指向兼容类型的合格或非合格版本的指针，以及指向的类型 to by left 具有所有由 right 指向的类型的限定符；
• ...一个操作数是一个指针 指向一个对象类型，另一个是指向一个合格或不合格版本的指针 void，而左边指向的类型具有所指向类型的所有限定符 靠右；

我不知道为什么 gcc 只是给出警告。

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对于联合技巧，是的，它不是 UB，但结果可能仍不确定。

§6.5.2.3/3 fn 95：如果用于读取联合对象内容的成员与上次用于在对象中存储值的成员不同，则适当的值的部分对象表示被重新解释为新类型中的对象表示，如 6.2.6 中所述（有时称为“类型双关语”的过程）。这可能是一个陷阱表示。

§6.2.6.1/7：当一个值存储在联合类型对象的成员中时，对象表示中不对应于该成员但确实对应于其他成员的字节成员采用未指定的值。 （* 注意：另见 §6.5.2.3/6 的例外情况，但此处不适用）

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n1124（C99）中对应的部分是

• C11 §6.3.2.3/2 = C99 §6.3.2.3/2
• C11 §6.7.9/11 = C99 §6.7.8/11
• C11 §6.5.16.1/1 = C99 §6.5.16.1/1
• C11 §6.5.2.3/3 fn 95 = 缺失（“类型双关语”未出现在 C99 中）
• C11 §6.2.6.1/7 = C99 §6.2.6.1/7

Answer 4

根本不要施放它。它是指向 const 的指针，这意味着不允许尝试修改数据，并且在许多实现中，如果指针指向不可修改的内存，则会导致程序崩溃。即使您知道可以修改内存，也可能有其他指向它的指针不希望它改变，例如如果它是逻辑不可变字符串存储的一部分。

警告是有充分理由的。

如果您需要修改 const 指针的内容，可移植的安全方法是首先复制它指向的内存，然后对其进行修改。