通过联合进行常量转换是否是未定义的行为？

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：此强制转换实际上是未定义的行为吗？

无论如何，海湾合作委员会对此发出警告。为了制作需要 const 强制转换的“干净”代码（即我可以保证不会改变内容，但我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：<代码>u.cp = p; q = u.mp;。

通过这样的联合抛弃常量性的 C 语言规则是什么？我对 C 的了解非常零散，但我听说 C 对于联合访问比 C++ 宽松得多，所以虽然我对这种构造有不好的预感，但我想要一个来自标准的参数（我想是 C99，不过如果这在 C11 中发生了变化，那就很高兴知道）。

Answer 1

它的实现定义参见 C99 6.5.2.3/5：

如果使用联合对象的成员值时最多
最近存储到对象的是不同的成员，行为是
实现定义的。

更新：@AaronMcDaid 评论说这毕竟可能是明确定义的。

该标准规定了以下6.2.5/27：

类似地，指向兼容版本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
暗示作为函数参数的可互换性，返回值
职能和工会成员。

以及（6.7.2.1/14）：

指向联合对象的指针，经过适当转换后，指向它的每个
成员（或者如果成员是位域，则转换为它所在的单元
驻留），反之亦然。

可能得出这样的结论：在这种特殊情况中，只有一种方法可以访问联合中的元素。

Answer 2

我的理解是，只有当您尝试修改 const 声明的对象时，UB 才会出现。

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 */

使用联合而不是强制转换在这里应该没有任何区别。

根据 C99 规范（6.7.3 类型限定符）：

如果尝试通过 use 修改使用 const 限定类型定义的对象
对于具有非 const 限定类型的左值，其行为是未定义的。

Answer 3

初始化肯定不会导致UB。 §6.3.2.3/2 (n1570 (C11)) 中明确允许限定指针类型之间的转换。之后对该指针中内容的使用会导致 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左侧的所有限定符都出现在右侧。

§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，将标量的类型视为其声明类型的非限定版本。

§6.5.16.1/1：（简单分配/约束）

• ...两个操作数都是
  指向兼容类型的限定或非限定版本的指针，以及指向的类型
  左边的 to 拥有右边指向的类型的所有限定符；
• ...一个操作数是一个指针
  一个对象类型，另一个是指向限定或非限定版本的指针
  void，并且左边指向的类型具有所指向类型的所有限定符
  从右边；

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，但结果仍然可能未指定。

§6.5.2.3/3 fn 95：如果用于读取联合对象内容的成员与最后用于在对象中存储值的成员不同，则适当的值的对象表示的一部分被重新解释为新类型中的对象表示，如 6.2.6 中所述（该过程有时称为“类型双关”）。这可能是一个陷阱表示。

§6.2.6.1/7：当值存储在联合类型对象的成员中时，对象表示的字节不对应于该成员，但对应于其他成员成员采用未指定的值。 （* 注：另请参阅 §6.5.2.3/6 了解例外情况，但此处不适用）

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n1124（C99）中的相应部分为

• 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

根本不要投射它。它是一个指向 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，将导致程序崩溃。即使您知道内存可以修改，也可能有其他指向它的指针不希望它发生更改，例如，如果它是逻辑上不可变字符串的存储的一部分。

该警告的存在是有充分理由的。

如果需要修改 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。