我们可以将 va_arg 与 union 一起使用吗？

Question

6.7.2.1 我的 C99 标准草案第 14 段对于联合和指针有这样的说法（一如既往地添加了强调）：

联合的大小足以容纳其最大的成员。的值在 大多数成员可以随时存储在联合对象中。 指向a的指针 联合对象，经过适当转换，指向它的每个成员（或者如果一个成员是位- 字段，然后到它所在的单元），反之亦然。

一切都很好，这意味着执行类似以下操作将有符号或无符号 int 复制到联合中是合法的，假设我们只想将其复制到相同类型的数据中：

union ints { int i; unsigned u; };

int i = 4;
union ints is = *(union ints *)&i;
int j = is.i; // legal
unsigned k = is.u; // not so much

7.15.1.1 第 2 段有这样的内容：

va_arg 宏扩展为具有指定类型和值的表达式 调用中的下一个参数。参数ap应已由 va_start 或 va_copy 宏（无需为 SameAP 干预调用 va_end 宏）。每次调用 va_arg 宏都会修改 ap，以便依次返回连续参数的值。参数type应该是指定的类型名称，这样可以通过在后缀*来简单地获得指向具有指定类型的对象的指针的类型。类型。如果没有实际的下一个参数，或者如果类型与实际的下一个参数的类型不兼容（根据默认参数升级进行升级），则行为未定义，但以下情况除外：

——一种类型是有符号整数类型，另一种类型是对应的无符号整数 类型，并且该值可以用两种类型表示；

——一个类型是指向 void 的指针，另一个是指向字符类型的指针。

我不会去引用有关默认参数提升的部分。我的问题是：这是定义的行为吗：

void func(int i, ...)
{
    va_list arg;
    va_start(arg, i);
    union ints is = va_arg(arg, union ints);
    va_end(arg);
}

int main(void)
{
    func(0, 1);
    return 0;
}

如果是这样，这似乎是一个巧妙的技巧，可以克服有符号/无符号整数转换的“并且该值与两种类型兼容”的要求（尽管以一种相当难以做到的方式）任何合法的事情）。如果不是，在这种情况下仅使用 unsigned 似乎是安全的，但如果 union 中有更多具有更多不兼容类型的元素怎么办？如果我们可以保证不会按元素访问联合（即我们只是将其复制到另一个联合或我们像联合一样对待的存储空间）并且联合体的所有元素都具有相同的大小，这对于可变参数来说是允许的吗？或者只允许使用指针？

在实践中，我希望这段代码几乎永远不会失败，但我想知道它是否是定义的行为。我目前的猜测是它似乎没有被定义，但这看起来非常愚蠢。

Answer 1

你还有几件事要做。

指向联合对象的指针，经过适当转换后，指向其每个成员（或者如果成员是位字段，则指向它所在的单元），反之亦然。

这并不意味着这些类型是兼容的。事实上，它们并不兼容。所以下面的代码是错误的：

func(0, 1); // undefined behavior

如果你想传递一个联合体，

func(0, (union ints){ .u = BLAH });

你可以通过编写代码来检查，

union ints x;
x = 1;

GCC在编译时给出了“错误：赋值中的类型不兼容”的消息。

然而，大多数实现在这两种情况下“可能”都会做正确的事情。还有一些其他问题...

union ints {
    int i;
    unsigned u;
};

int i = 4;
union ints is = *(union ints *)&i; // Invalid
int j = is.i; // legal
unsigned k = is.u; // also legal (see note)

当您使用除实际类型 *(uinon ints *)&i 以外的类型取消引用类型的地址时，行为有时是未定义的（查找引用，但我对此非常确定）。然而，在 C99 中，允许访问除最近存储的联合成员之外的联合成员（或者是 C1x？），但该值是实现定义的，并且可能是陷阱表示。

关于通过联合进行类型双关：正如 Pascal Cuoq 所指出的，实际上是 TC3 定义了访问联合元素（而不是最近存储的元素）的行为。 TC3是C99的第三次更新。好消息是 TC3 的这一部分确实对现有实践进行了编纂 - 因此可以将其视为 TC3 之前的 C 的事实上的一部分。

Answer 2

因为标准说：

参数类型应是指定的类型名称，这样只需通过在类型后缀 * 即可获得指向具有指定类型的对象的指针的类型。

对于union ints，满足该条件。由于 union ints * 是指向 union ints 的指针的完美表示，因此该句子中没有任何内容可以阻止它被用来收集推送到堆栈作为一个联合。

如果您作弊并尝试传递普通的 int 或 unsigned int 来代替 union，那么您将调用未定义的行为。因此，您可以使用：

union ints u1 = ...;

func(0, (union ints) { .i = 0 });
func(1, (union ints) { .u = UINT_MAX });
func(2, u1);

您不能使用：

func(1, 0);

参数不是联合类型。

Answer 3

我不明白为什么你认为代码在实践中永远不应该失败。在任何整数类型通过寄存器传递但聚合类型（即使很小）在堆栈上传递的实现上都会失败，并且我在标准中没有看到任何禁止此类实现的内容。包含 int 的联合不是与 int 兼容的类型，即使它们的大小相同。

回到您的第一个代码片段，它也有一个问题：

union ints is = *(union ints *)&i;

这是别名冲突并调用未定义的行为。您可以通过使用 memcpy 来避免它，我想这将是合法的。

我对您在这里的评论也有点困惑：

unsigned k = is.u; // not so much

由于值 4 以有符号和无符号类型表示，这应该是合法的，除非作为特殊情况明确禁止。

如果这不能回答您的问题，也许您可​​以详细说明您要解决的问题（尽管是理论上的）。