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Barracudach
Asked:2022-05-25 18:50:40 +0000 UTC2022-05-25 18:50:40 +0000 UTC

为什么在表达式中寻址零内存不会引发异常？

  • 772

有一个结构：

struct S {
        char   m0;
        double m1;
        short  m2;
        char   m3;
    };

这是它的工作原理：

std::cout << &(((S*)0)->m1) << std::endl;

这就是它抛出异常的方式нарушение прав доступа...：

std::cout << (((S*)0)->m1) << std::endl;

为什么会这样？毕竟，在第一个子表达式中还可以访问未分配的内存。

c++

3 个回答

  1. 实际上，在第二种情况下，您访问了内存（查看值但地址不正确），但在第一种情况下，您没有：计算字段的地址，即 它只是做简单的算术（考虑对齐），没有真正的内存访问。

    我不知道这种行为有多正确（如果从标准的角度来看有任何 UB），但实际上它只是offsetof对一个不会威胁任何东西的领域的计算。

    从 stddef.h 到 VC++：

    #if defined _MSC_VER && !defined _CRT_USE_BUILTIN_OFFSETOF
    #ifdef __cplusplus
        #define offsetof(s,m) ((::size_t)&reinterpret_cast<char const volatile&>((((s*)0)->m)))
    #else
        #define offsetof(s,m) ((size_t)&(((s*)0)->m))
    #endif
#else
    #define offsetof(s,m) __builtin_offsetof(s,m)
#endif

    我怀疑是否有一个编译器会在这种情况下实际执行取消引用...

    • 4
  2. Best Answer

    求值时，将 form 的表达式E1->E2转换为等效的 form (*(E1)).E2。expr.ref / 2：

    表达式E1->E2转换为等价形式(*(E1)).E2；

    我们得到这个表达式被((S*)0)->m1解释为一个表达式( *((S*)0) ).m1。那些。这是对象类型空指针被取消引用的地方，这是未定义的行为。本声明基于语言标准的以下条款。

    expr.unary.op / 1：

    一元运算*符执行间接：应用它的表达式应该是指向对象类型的指针，或指向函数类型的指针，结果是对表达式指向lvalue的对象或函数的引用。

    取消引用指针会产生一个引用对象的左值，但空指针不指向任何对象。

    dcl.ref/注2：

    特别是，在定义良好的程序中不能存在空引用，因为创建此类引用的唯一方法是将其绑定到通过空指针间接获得的“对象”，这会导致未定义的行为。

    它明确指出取消引用空对象指针会导致未定义的行为。

    enSO的相关问题：

    因此，两个表达式的行为&(((S*)0)->m1)和(((S*)0)->m1)都是未定义的，因为 他们的计算需要取消引用空对象指针。并且编译器在优化过程中可以避免实际访问指针所指向的“对象”并不重要。

    语言标准不需要未定义的行为。程序可能会成功编译并表现出预期的行为，也可能会在运行时失败，或者可能会观察到其他一些行为。

    事实上，取消引用不指向对象的指针的情况要复杂一些。让我们看下面的例子：

    char a[10];
//Т.к. a[10] эквивалентно *(a+10), то UB - разыменовали указатель на гипотетический элемент за последним элементом массива.
char *b = &a[10];

    在这个例子和问题的例子之间

    std::cout << &(((S*)0)->m1) << std::endl;

    有一定的相似性——实际上，指针所指向的“对象”的值并不重要。

    在这里&a[10]，我们不关心数组最后一个元素后面的值是什么——我们需要一个指向数组最后一个元素后面的元素的指针。同样，这里&(((S*)0)->m1)字段的具体值对我们来说并不重要m1，我们感兴趣的是指针。

    按照直观的期望重新定义上述代码片段的行为会很好。

    此外，语言标准存在一些不一致之处。运算符typeid声明定义了取消引用空指针的结果。expr.typeid / 3：

    当typeid应用于类型为多态类类型的泛左值时，结果引用std​::​type_­info表示泛泛值所引用的最派生对象（即动态类型）的类型的对象。如果通过将一元 ``* 运算符应用于指针57并且该指针是空指针值来获得泛左值，则该typeid表达式将引发与异常类型的处理程序匹配的类型的std​::​bad_­typeid异常。

    在实际上不需要访问该值的情况下，已经进行了几次尝试以使不指向对象的指针的取消引用合法化。

    在 C 中，运算符&和*在某些情况下会相互抵消（请参阅：数组指针微妙之处）。

    在 C++ 语言中，他们尝试引入一种特殊的左值 -空左值，但这些尝试仍停留在草稿阶段（请参阅：Isindirection through a null pointer undefined behavior？）。

    在一种情况下，语言标准需要对实现进行相当严格的检查，以检查表达式中是否存在未定义的行为——这些是常量表达式。

    考虑以下代码：

    #include <iostream>

struct S
{
    int m;
};

int main()
{
    static S s;
    constexpr const int* p = &(((S*) &s )->m);
    std::cout << p;
}

    此代码编译并成功运行（g++，clang）。

    但是，如果您尝试取消引用空指针（即使您实际上不需要访问该值），您也会收到编译错误。

    constexpr const int* p = &(((S*) 0 )->m);

    克++：

    error: dereferencing a null pointer in '*0' 
constexpr const int* p = &(((S*) 0 )->m);

    铿锵声：

    error: constexpr variable 'p' must be initialized by a constant expression
constexpr const int* p = &(((S*) 0 )->m);

note: cannot access field of null pointer
constexpr const int* p = &(((S*) 0 )->m);
    • 4

  3. 与未定义行为的情况一样，这里的错误是期望一些特定的结果。甚至没有理由相信表单的构造((S*)0)->m1一定会导致程序中零地址的取消引用。这种取消引用存在于代码中，但它将在程序中变成什么是未知的。它可以被执行，也可以被跳过（因为编译器有权假设程序中没有空指针的解引用），或者它会破坏代码生成并导致完全意想不到的后果。

    • 3

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