这是C ++中的未定义行为从悬空指针调用函数

Question

这里出现了一个问题，当一个指针变得晃来晃去时，问“为什么这个工作”。答案是它是UB，这意味着它可能起作用。

我在一个教程中学到了：

#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？是UB，即使我解释只是调用一个函数而不是访问无效的Foo指针？

Answer 1

你在推理实践中会发生什么。允许未定义的行为执行您期望的操作...但不保证。

对于非静态情况，使用[class.mfct.non-static]中的规则证明这很简单：

如果为X类型的对象或从X派生的类型调用类X的非静态成员函数，则行为未定义。

请注意，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，而*(Foo*)nullptr肯定不会。

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特别是，即使在使用您描述的实现的平台上，也可以使用该调用

fooObj->func();

转换为

__assume(fooObj); Foo_func(fooObj);

并且是优化不稳定的。

这是一个与您的期望相反的例子：

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，这很可能最终会在注释行上出现访问冲突，因为编译器使用了fooObj中fooObj->func()不能为空的事实来消除它后面的if测试。

即使您认为自己了解平台的功能，也不要做UB的事情。 Optimization instability is real.

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此外，您可能会认为标准更具限制性。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
}

标准的相关部分可在[expr.ref]找到：

表达式E1->E2被转换为等价形式(*(E1)).E2

以及随附的脚注

如果计算了类成员访问表达式，则即使不需要结果来确定整个后缀表达式的值，也会发生子表达式求值，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)，尝试创建对不存在的对象的引用。有几个提议允许这样做，并且只禁止在这样的引用上允许lvalue-> rvalue转换，但是到目前为止这些已经被拒绝了;甚至形成参考文献在迄今为止的所有版本的标准中都是非法的。

Answer 2

在实践中，这通常是主要编译器如何实现成员函数，是的。这意味着您的测试程序可能看起来运行“很好”。

话虽如此，取消引用指向nullptr的指针是未定义的行为，这意味着所有的赌注都关闭，整个程序和它的输出都没有意义，任何事情都可能发生。

你永远不能依赖这种行为，特别是优化器可能会破坏所有这些代码，因为他们可以假设fooObj永远不会是nullptr。

Answer 3

编译器没有义务通过向它传递指向类实例的指针来实现成员函数。是的，有伪指针“this”，但它是无关的元素，保证被“理解”。

nullptr指针不指向任何现有对象， - >（）调用该对象的成员。从标准的角度来看，这是无稽之谈，并且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，如果对象没有则不存在）。

如果成员函数（方法）的行为与此类似，并且意味着要调用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，那么调用也可能如下所示：

Foo::function();