c++ - 越界访问数组，但返回较早 - UB？

Question

我有计算数组索引的代码，如果它有效则访问该数组项。像这样的东西:

int b = rowCount() - 1;
if (b == -1) return;
const BlockInfo& bi = blockInfo[b];

我担心这可能会触发未定义的行为。例如，编译器可能假设 b 始终为非负数，因为我用它来索引数组，所以它会优化 if 子句。

当您对无效结果不做任何操作时，在什么情况下越界“访问”数组是安全的？如果 blockInfo 不是实际的数组，而是像 vector 这样的容器，它会改变吗？如果这是不安全的，我可以通过将访问权限放在 else 子句中来修复它吗？

if (b == -1) {
    return;
} else {
    const BlockInfo& bi = blockInfo[b];
}

最后，是否有本着 -fno-strict-aliasing 或 -fno-delete-null-pointer-checks 精神的编译器标志，使编译器“执行显而易见的事情”并防止任何不良行为？

澄清一下:我的担心特别是因为一个不同的问题，您打算在访问指针之前测试它是否为非空指针。编译器扭转了这个局面，并认为，因为你正在取消引用它，所以它不可能为空!像这样的东西(未经测试):

void someFunc(struct MyStruct *s) {
    if (s != NULL) {
       cout << s->someField << endl;
       delete s;
    }
 }

我记得听说过简单地形成越界数组访问是 C++ 中的 UB。因此，编译器可以合法地假定数组索引没有超出范围，并删除相反的检查。

Answer 1

您的程序无法访问 blockInfo[-1]。您的代码明确禁止这样做。

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For example, the compiler might assume that b is always non-negative, since I use it to index the array, so it will optimize the if clause away.

不，它不能那样做，正是因为访问索引 -1(或者更确切地说，(std::size_t)-1)可能会也可能不会是一个有效的索引。该语言可以让您将 -1 作为索引传递；它只会首先转换为 std::size_t，并带有随之而来的定义明确的无符号环绕逻辑。因此，没有也不可能有任何规则允许编译器假定您永远不会将 int -1 作为索引传递。

即使有，让编译器完全忽略 if 语句仍然没有意义。如果可以，如果我们的 if 语句不可靠，那么世界上的每个程序都会不安全!无法强制执行任何您的操作先决条件。

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编译器可能只会跳过或重新排序，当它可以证明这样做会产生一个定义良好的程序，在给定任何可能的输入时，其行为与您的原始指令相同。

事实上，这就是 UB 的来源:证明正确性真的很困难，这通常是标准向编译器抛出骨头并说某些东西是“未定义的”，编译器可以做任何它喜欢的事情。

一个有趣的例子与你的情况正好相反，检查被[错误地]放置在访问之后，因此编译器假定检查通过，无论它实际上是通过还是不是:

void foo(char* ptr)
{
   char x = *ptr;
   if (ptr)
      bar();
   else
      baz();
}

即使 ptr 为空，函数 foo 也可以调用 bar()!这听起来不太可能，但它确实发生了(例如 this crash in a widely-used library )。

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could I fix it by putting the access in an else clause?

这两段代码在语义上是等价的；这是同一个程序。

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Lastly, are there compiler flags in the spirit of -fno-strict-aliasing or -fno-delete-null-pointer-checks that make the compiler "do the obvious thing" and prevent any unwanted behavior?

编译器已经做了显而易见的事情，只要“显而易见”是“根据 C++ 标准”即可。