Clang/GCC是否认为指向结构体成员的指针可别名不同类型成员？

先看这个示例代码，编译器似乎认为传递给bar()的double类型指针可能会修改结构体里的整型成员a：

struct A {
    int a;
    double b;
};

void bar(double*);

int foo() {
    struct A a;
    a.a = 9;
    bar(&a.b);
    return a.a;
}

Clang生成的汇编代码如下：

stp     x29, x30, [sp, #16]
        add     x29, sp, #16
        mov     w8, #9
        str     w8, [sp]
        mov     x8, sp              # 保存变量地址
        add     x0, x8, #8
        bl      bar(double*)
        ldr     w0, [sp]            # 重新读取a.a的值
        ldp     x29, x30, [sp, #16]
        add     sp, sp, #32
        ret

如果把整型变量定义在结构体外部，就不会出现这种重新读取的情况。看起来GCC和Clang都认为bar(double*)有可能通过&A::b修改A::a，但直觉上double*不能别名int*，这种直觉到底对不对？如果正确，原因是什么？

核心结论：直觉不完全准确，要从C标准规则和编译器假设解释 #

1. 严格别名规则的边界情况
   C标准的严格别名规则确实规定：不同类型的指针（除char*/unsigned char*等少数例外）不能直接访问其他类型对象，否则行为未定义。但这里的场景不是直接用double*访问int，而是编译器必须考虑函数可能通过合法类型转换操作整个结构体。

2. 结构体布局连续性带来的操作可能
   结构体成员按声明顺序连续布局（对齐规则由实现定义，但顺序固定）。&a.b是指向结构体成员b的指针，函数bar完全可以通过以下合法操作修改a.a：

#include <stddef.h>

void bar(double* ptr) {
    // 通过char*调整指针到结构体起始地址，再转换回struct A*
    struct A* a_ptr = (struct A*)((char*)ptr - offsetof(struct A, b));
    a_ptr->a = 0;
}

这种操作符合C标准：char*允许访问任意类型内存，通过偏移量计算结构体起始地址的行为是明确的。

3. 编译器的保守假设
   编译器无法预知bar的具体实现，因此必须做最坏假设：bar可能通过传入的double*，借助结构体布局特性修改同结构体里的其他成员。所以编译器不能把a.a的值保存在寄存器里复用，必须在调用bar后重新从内存读取——这就是汇编里"重新读取"操作的原因。

而如果整型变量和double变量是独立的（不在同一个结构体里），编译器可以确定它们的内存地址不重叠（除非显式用指针操作重叠内存，但那属于未定义行为），因此bar的double*无法合法修改独立的整型变量，编译器就可以安全地把整型值存在寄存器里，不需要重新读取。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bikineev