未知结构体其他成员时访问首个成员是否为UB？含标准及编译器疑问

我怀疑这段代码属于ANSI标准下的未定义行为（UB），但在我的x64 Linux系统中，即使开启-Wall -Wextra -Werror -O3编译选项，gcc和clang编译器都能得到预期结果。代码如下：

#include <stdio.h>

typedef struct {
        int tag;
} base;

typedef struct {
        base b;
        int x;
} derived1;

typedef struct {
        base b;
        int x, y;
} derived2;

int sum(void* p) {
        base* b = (base*)p;

        if(b->tag) {
                derived2* d = (derived2*)b;
                return d->x + d->y;
        }
        else {
                derived1* d = (derived1*)b;
                return d->x;
        }
}

int main(void) {
        derived1 d1;
        d1.b.tag = 0;
        d1.x = 2;

        derived2 d2;
        d2.b.tag = 1;
        d2.x = 3;
        d2.y = 4;

        printf("%d %d\n", sum(&d1), sum(&d2));
}

问题 #

1. 按照ANSI标准，上述代码是否属于未定义行为（UB）？
2. 在gcc和clang编译器中，上述代码是否也属于未定义行为？
3. 使用-fno-strict-aliasing或其他编译选项会产生什么影响？

解答 #

1. ANSI标准下的判定 #

根据ANSI C（C89）及后续C标准（如C99、C11），这段代码不属于未定义行为。标准明确规定：指向结构体对象的指针可以转换为指向其第一个成员的指针，反之亦然，且转换前后的指针指向同一内存地址。

代码中derived1和derived2的第一个成员都是base类型，因此将derived1*/derived2*转换为base*完全合法；后续通过tag字段判断原类型，再将base*转换回对应的派生结构体指针，这种操作符合标准要求，不存在未定义行为。

2. gcc和clang中的判定 #

在gcc和clang中，这段代码同样不属于未定义行为。两个编译器都严格遵循C标准的结构体指针转换规则，对这种基于第一个成员的类型转换有明确支持。即使开启-Wall -Wextra -Werror -O3这类严格选项，编译器也不会将其判定为UB，你能得到预期结果正是因为编译器正确处理了这种合法操作。

3. 编译选项的影响 #

• -fno-strict-aliasing：该选项会关闭编译器的严格别名优化。但这段代码的类型转换完全符合标准允许的别名规则（结构体与其第一个成员可互相别名），所以开启或关闭此选项对代码正确性无影响。如果代码存在其他违反严格别名规则的操作，关闭该选项会让编译器放弃基于别名规则的优化，避免因优化触发UB表现。
• 默认的-fstrict-aliasing：该选项默认开启，编译器会严格遵循别名规则进行优化，而这段代码符合规则，因此默认优化下不会出现问题。
• -O0（无优化）：此模式下编译器行为更直观，但同样不会改变代码的合法性，运行结果与优化模式一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MWB