C++ 中的这种未定义行为是不是从悬空指针调用函数

Posted 2023-02-16

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【中文标题】C++ 中的这种未定义行为是不是从悬空指针调用函数【英文标题】：Is this undefined behaviour in C++ calling a function from a dangling pointerC++ 中的这种未定义行为是否从悬空指针调用函数 【发布时间】：2018-03-10 19:59:00 【问题描述】：

当指针悬空时，这里出现了一个问题，询问“为什么这有效”。答案是它是 UB，这意味着它可能有效，也可能无效。

我在一个教程中了解到：

#include <iostream>

struct Foo

    int member;
    void function()  std::cout << "hello";

;

int main()

    Foo* fooObj = nullptr;
    fooObj->member = 5; // This will cause a read access violation but...
    fooObj->function(); // Because this doesn't refer to any memory specific to
                        // the Foo object, and doesn't touch any of its members
                        // It will work.

这是否相当于：

static void function(Foo* fooObj) // Foo* essentially being the "this" pointer

    std::cout << "Hello";
    // Foo pointer, even though dangling or null, isn't touched. And so should 
    // run fine.

我错了吗？即使正如我解释的那样只是调用一个函数而不访问无效的 Foo 指针，它是 UB 吗？

【问题讨论】：

这是一个充满争议的话题。可能重复的示例：***.com/a/28483256/560648***.com/q/3498444/560648***.com/q/5248877/560648 这些问题主要集中在访问静态成员上，但访问 no 成员最终是同一个问题 @Lightness Races in Orbit 那么我是否应该假设没有人知道真正的答案但我不应该玩火？没有真正的答案，它是未定义的，您不可能尝试将特定行为与未定义行为联系起来。 @Zebra：我个人认为你可以放心地认为这是 UB，但这将是一个合理的后备位置是的 @SombreroChicken：它是否有UB（表面上）并不完全清楚；这就是重点 【参考方案1】：

您正在推理实践中发生的事情。允许未定义的行为做你期望的事情......但不能保证。

对于非静态情况，使用[class.mfct.non-static] 中的规则很容易证明：

如果为非 X 类型或从 X 派生的类型的对象调用类 X 的非静态成员函数，则行为未定义。强>

注意这里没有考虑非静态成员函数是否访问*this。该对象只需要具有正确的动态类型，*(Foo*)nullptr 肯定没有。

特别是，即使在使用您描述的实现的平台上，调用

fooObj->func();

转换成

__assume(fooObj); Foo_func(fooObj);

并且优化不稳定。

这是一个与您的期望相反的示例：

int main()

    Foo* fooObj = nullptr;
    fooObj->func();
    if (fooObj) 
        fooObj->member = 5; // This will cause a read access violation!

在实际系统上，这可能会导致注释行出现访问冲突，因为编译器使用了 fooObj 不能在 fooObj->func() 中为 null 的事实来消除紧随其后的if 测试。

即使您认为自己知道自己的平台在做什么，也不要做 UB 的事情。 Optimization instability is real.

此外，标准的限制比您想象的还要严格。这也会导致 UB：

struct Foo

    int member;
    void func()  std::cout << "hello";
    static void s_func()  std::cout << "greetings";
;

int main()

    Foo* fooObj = nullptr;
    fooObj->s_func(); // well-formed call to static member,
         // but unlike Foo::s_func(), it requires *fooObj to be a valid object of type Foo

标准的相关部分在[expr.ref]:

表达式E1->E2被转换为等价形式(*(E1)).E2

以及随附的脚注

如果类成员访问表达式被求值，子表达式求值即使结果对于确定整个后缀表达式的值是不必要的，例如如果 id-expression 表示静态成员.

这意味着有问题的代码肯定会评估(*fooObj)，试图创建对不存在对象的引用。有几个建议允许并且只禁止允许在这样的引用上进行左值->右值转换，但到目前为止这些都被拒绝了；迄今为止，在标准的所有版本中，即使形成引用也是非法的。

【讨论】：

你能举出万能的标准吗？ @JiveDadson：完成。在 Lightness 提供的最高投票答案的第一个问题链接中说“TL;DR：仅仅取消引用空指针不会调用 UB。关于这个话题有很多争论，基本上可以归结为通过空指针间接是否本身是UB。”我很困惑。也许我不应该问这个问题，生活会变得更简单。 @Zebrafish：在该答案的 cmets 中，您发现 Columbo 的答案不是基于语言规则，而是基于提案（被拒绝）嗯，真的很神秘和深奥，但谢谢。我会认为它是UB。这很有趣，因为我是从一个受人尊敬的教程中第一次看到这个的，我猜任何人都可能是错的。【参考方案2】：

实际上，这通常是主要编译器实现成员函数的方式，是的。这意味着您的测试程序可能看起来“运行良好”。

话虽如此，取消引用指向nullptr 的指针是未定义的行为，这意味着所有赌注都已关闭，整个程序及其输出毫无意义，任何事情都可能发生。

您永远不能依赖这种行为，特别是优化器可能会弄乱所有这些代码，因为他们被允许假设 fooObj 永远不是 nullptr。

【讨论】：

【参考方案3】：

编译器没有义务通过传递一个指向类实例的指针来实现成员函数。是的，有伪指针“this”，但它是不相关的元素，保证被“理解”。

nullptr 指针不指向任何现有对象，并且 -> () 调用该对象的成员。从标准的角度来看，这是无稽之谈，这种操作的结果是不确定的（并且可能是灾难性的）。

如果function() 是虚拟的，则允许调用失败，因为函数的地址将不可用（vtable 可能作为对象的一部分实现，如果对象不存在则不存在）。

如果成员函数（方法）具有这样的行为并且意味着要像那样调用它，则它应该是静态成员函数（方法）。静态方法不访问非静态字段，也不调用类的非静态方法。如果它是静态的，调用也可能如下所示：