是否在临时变量未定义行为中访问数组？

Posted 2023-02-16

【中文标题】是否在临时变量未定义行为中访问数组？

【英文标题】：Is accessing an array within a temporary variable undefined behaviour?

【发布时间】：2021-07-07 03:17:56

【问题描述】：

typedef struct test
   char c_arr[1];
 test;

test array[1] = 1;

test get(int index)
 return array[index];


int main()
  char* a =  get(0).c_arr;
  return *a;

在这篇文章中，行为是用 C++ 解释的：Accessing an array within a struct causes warnings with clang

使用gcc 或clang 编译时，上述代码不会导致任何警告或错误。

get(0).c_arr 是否返回一个指向在表达式末尾被销毁的临时变量的指针？如果是这样，是否取消引用并返回其值 UB？如果是这样，那么修复它的好方法是什么，也许是这个？

test* get(int index)
 return &array[index];

【问题讨论】：

它不使用临时（正确地自动）变量； array 具有静态存储分配；并且index 从中计算的事实不会改变其分配。它从此计算复制到本地（匿名）位置以引用 c_arr，并没有改变。但是，您正走在危险的道路上；如果您的函数返回 a 而不是 *a，那么它会做错事。

@mevets 当get 通过值返回struct test 时，为什么array 具有静态存储分配很重要？

我在这里很困惑，在 C++ 中这是一个临时变量，但在 C 中不是？什么规则使这种差异发生？

@DavidC.Rankin 进行实验来证明或反驳 UB 的问题是，UB 的一种表现形式是完全按照您在没有 UB 时所期望的方式工作。所以实验不会证明什么。

呃，等等，很可能是我。函数返回到array 的元素（不是array 中的地址）。现在我看到了问题出在哪里（为什么没有理智的人会这样编码）所以问题是您正在分配基于函数返回本身的c_arr（指向第一个元素的指针）的地址。 （它确实使用了一个真正的临时地址来提供地址——该死的是我:)

【参考方案1】：

  char* a =  get(0).c_arr;
  return *a;

显然是UB； a 引用的内存在return 运行时已从堆栈中释放，相反的结果让我非常恼火。想象一下，如果有人写道：

  while (true) 
  char a =  get(0).c_arr[0];
  //...
  a =  get(0).c_arr[0];
  //...
  a =  get(0).c_arr[0];
  //...
  a =  get(0).c_arr[0];
  //...
  a =  get(0).c_arr[0];
  //...
  

堆栈浪费很臭，嵌入式程序员和内核程序员会对此表示反对。

但是，以下内容在 C 中是有效的： char a = get(0).c_arr[0]; 这是因为临时的持续时间足够长，可以在表达式中使用。

【讨论】：

所以temporary 变量的概念也适用于C。

@Dan：当然。还有什么可以返回结构而不立即将其分配给编译到的变量？

@user3386109：是的，这是一个临时的，因为它不是任何命名变量。

【参考方案2】：

是的，这是未定义的行为。 C17 标准的相关部分是“6.2.4 对象的存储持续时间”：

对象的生命周期是保证存储的程序执行部分 为它保留。一个对象存在，具有一个常量地址，³³⁾ 并保留其最后存储的值 ³⁴⁾ 如果对象在其生命周期之外被引用，则行为未定义。

具有结构或联合类型的非左值表达式，其中结构或联合包含 具有数组类型的成员（递归地包括所有包含的结构和联合的成员） 指具有自动存储期限和临时生命周期的对象。³⁶⁾它的生命周期开始 当表达式被计算并且它的初始值是表达式的值时。它的生命周期结束 当包含完整表达式的评估结束时。

表达式get(0) 不是左值，而struct test 包含c_arr，这是一个数组类型的成员，所以它有临时生命周期。这意味着 return *a; 是 UB，因为它在其生命周期之外访问它。

另外，这是不允许的一个重要提示是，如果您使用 char c; 而不是 char c_arr[1];，那么 char* a = &get(0).c; 将是编译时错误，因为您无法获取一个右值，你写的基本上在道德上等同于尝试这样做。

我提交了 GCC bug 101358 和 LLVM bug 51002 关于未收到此警告的信息。

【讨论】：

这就是它的症结所在。干得好，讨论得很好。