c++ - 是否存在取消引用(但不使用)空指针以进行空引用的平台或情况会表现不佳？

Question

我目前正在使用一个使用类似代码的库

T& being_a_bad_boy()
{
    return *reinterpret_cast<T*>(0);
}

在没有实际存在 T 的情况下引用 T。这是未定义的行为，特别指出不受标准支持，但这并不是一种闻所未闻的模式。

我很好奇是否有任何示例或平台或用法表明在实践中这可能会导致问题。谁能提供一些？

Answer 1

传统上，编译器将“未定义的行为”视为不检查各种类型错误的借口，而只是“让它发生”。但是当代编译器开始use undefined behavior to guide optimizations .

考虑这段代码:

int table[5];
bool does_table_contain(int v)
{
    for (int i = 0; i <= 5; i++) {
        if (table[i] == v) return true;
    }
    return false;
}

经典编译器不会注意到您的循环限制写入不正确，并且最后一次迭代从数组末尾读取。无论如何，它只会尝试读取数组的末尾，如果数组末尾之后的值恰好匹配，则返回 true。

另一方面，后古典编译器可能会执行以下分析:

• 前五次循环，函数可能返回true。
• 当 i = 5 时，代码执行未定义的行为。因此，情况 i = 5 可以被视为不可达。
• i = 6 的情况(循环运行到完成)也是不可达的，因为要到达那里，你首先必须执行 i = 5，我们已经显示无法访问。
• 因此，所有可达的代码路径都返回 true。

然后编译器会将这个函数简化为

bool does_table_contain(int v)
{
    return true;
}

另一种看待这种优化的方式是编译器在心理上展开了循环:

bool does_table_contain(int v)
{
    if (table[0] == v) return true;
    if (table[1] == v) return true;
    if (table[2] == v) return true;
    if (table[3] == v) return true;
    if (table[4] == v) return true;
    if (table[5] == v) return true;
    return false;
}

然后它意识到 table[5] 的求值是未定义的，因此超过该点的所有内容都无法访问:

bool does_table_contain(int v)
{
    if (table[0] == v) return true;
    if (table[1] == v) return true;
    if (table[2] == v) return true;
    if (table[3] == v) return true;
    if (table[4] == v) return true;
    /* unreachable due to undefined behavior */
}

然后观察所有可达的代码路径都返回true。

使用未定义行为来指导优化的编译器会看到通过 being_a_bad_boy 函数的每个代码路径都会调用未定义行为，因此 being_a_bad_boy 函数可以简化为

T& being_a_bad_boy()
{
    /* unreachable due to undefined behavior */
}

然后这个分析可以反向传播到 being_a_bad_boy 的所有调用者:

void playing_with_fire(bool match_lit, T& t)
{
    kindle(match_lit ? being_a_bad_boy() : t);
} 

由于我们知道 being_a_bad_boy 由于未定义行为而无法访问，因此编译器可以得出结论 match_lit 绝不能为 true，从而导致

void playing_with_fire(bool match_lit, T& t)
{
    kindle(t);
} 

现在不管火柴是否点燃，一切都在燃烧。

您可能在当前的编译器中很少看到这种以未定义行为为导向的优化，但就像 Web 浏览器中的硬件加速一样，它开始成为主流只是时间问题。