C11标准与主流编译器下结构体内部指针算术及比较合法性问询

首先给出问题前置定义：
我们定义如下结构体：

struct A {
  int x;
  int y;
} a;

预设满足条件：offsetof(struct A, x) + sizeof(int) == offsetof(struct A, y)，以下是四个问题的对应解答：

1. C11标准是否保证&a.x + 1 == &a.y的判定结果为真？ #

C11标准不提供该保证。
C标准中指针算术的有效范围仅限所属数组的边界，单个对象可以被视为长度为1的数组，&a.x + 1属于刚好超出数组边界的指针，标准仅保证该指针本身可以合法存在，不保证它和另一个独立成员对象a.y的地址相等，哪怕两者的偏移符合预设条件。

2. 若C11标准无相关保证，主流编译器是否会对该等价关系提供保障？ #

在无特殊编译配置的前提下，主流编译器（GCC、Clang、MSVC）在x86、ARM等常见架构下，针对该无填充字节的结构体定义，确实会满足&a.x + 1 == &a.y的等价关系，但这属于编译器实现层面的行为，不属于C标准强制要求的内容。如果开启了结构体强制对齐、随机填充等安全编译选项，该等价关系可能被打破。

3. 若上述等式成立，通过(&a.x)[1]访问a.y的值是否不会产生UB（未定义行为）？ #

即使地址完全相等，该访问行为依然属于未定义行为。
C标准的严格别名规则、指针算术有效性规则明确要求：指针只能用于访问其原本指向的对象（或所属数组内的元素）。&a.x的关联对象是a.x，哪怕&a.x + 1刚好等于a.y的地址，通过这个指针访问a.y也违反了标准约束，编译器有权基于该规则做优化，导致运行结果不符合预期。已有验证表明，至少在Clang编译器中，使用(&a.x)[1]访问a.y确实属于未定义行为。

4. 使用memcpy(&a.x+1, ...)的操作是否合法？ #

该操作的合法性分场景判断：
如果memcpy的读写长度不超过a.y的大小，且&a.x + 1确实等于a.y的地址，从实际内存访问的角度看操作不会触发内存错误，但从C标准的层面看依然存在合法性瑕疵：&a.x + 1本身没有关联到a.y对象，严格来说属于对无效指针的使用。
如果你的代码只针对特定编译器、特定架构部署，该操作在实践中可以正常运行，但不具备可移植性，也不符合C标准的规范要求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tstanisl