有时访问 const ptr 的未定义行为

Question

我有一个头文件定义为

#pragma once
#include <iostream>

template<int size>
struct B
{
    double arr[size * size];

    constexpr B() : arr()
    {
        arr[0] = 1.;
    }
};

template<int size>
struct A
{
    const double* arr = B<size>().arr;

    void print()
    {
        // including this statement also causes undefined behaviour on subsequent lines
        //printf("%i\n", arr);

        printf("%f\n", arr[0]);
        printf("%f\n", arr[0]); // ???

        // prevent optimisation
        for (int i = 0; i < size * size; i++)
            printf("%f ", arr[i]);
    }
};

并用

调用它

auto a = A<8>();
a.print();

现在此代码仅在使用 msvc 发布模式（全部使用 c++17 编译）编译时按预期运行。

预期输出：

1.000000
1.000000

msvc 调试：

1.000000
-92559631349317830736831783200707727132248687965119994463780864.000000

gcc 通过 mingw（有和没有 -g）：

1.000000
0.000000

但是，这种行为是不一致的。如果我将 double arr[size * size] 替换为 double arr[size]，则会给出预期的输出。当然，如果我在堆上分配 arr 就没有问题了。

我查看了 msvc 调试版本的程序集，但没有发现任何异常。为什么这种未定义的行为只是偶尔发生？

asm output

decompiled msvc release

Answer 1

在此声明中

const double* arr = B<size>().arr;

声明了一个指向临时数组（的第一个元素）的指针，该数组在声明后将不再存在

因此取消引用指针会导致未定义的行为。

Answer 2

似乎完全巧合的是，较小的分配总是在不会被 printf 中存在的 rep stosd 指令擦除的位置进行寻址。不像我最初认为的那样是由奇怪的编译器优化引起的。

What does the "rep stos" x86 assembly instruction sequence do?

我也不知道为什么我决定这样做。不完全是我问的问题，但我最终想要一个编译时查找 table 所以真正的解决方案是 static inline constexpr auto arr = B<size>() on c++20。这就是代码看起来很奇怪的原因。

Answer 3

当你写道：

const double* arr = B<size>().arr;

上面的语句初始化一个指向const double的指针，即const double*命名为arr使用临时数组对象。由于此临时数组对象将在 full-expression 结束时被销毁，因此使用 arr 将导致 未定义的行为 .

Why does this undefined behaviour only occur sometimes?

Undefined behavior means anything¹ can happen including but not limited to the program giving your expected output. But never rely(or make conclusions based) on the output of a program that has undefined behavior.

所以您看到（也许看到）的输出是未定义行为的结果。正如我所说，不要依赖具有 UB 的程序的输出。程序可能会崩溃。

因此，使程序正确的第一步是删除 UB。 然后并且只有那时你可以开始对程序的输出进行推理。

^{¹有关未定义行为的更准确的技术定义，请参阅 this 其中提到：没有对程序行为的限制.}

有时访问 const ptr 的未定义行为

Undefined behaviour accessing const ptr sometimes

c++

gcc

visual-c++

undefined-behavior

dereference