Question

今天我遇到了一些大致类似于以下代码段的代码。 valgrind和UndefinedBehaviorSanitizer都检测到未初始化数据的读取。

template <typename T>
void foo(const T& x)
{
    static_assert(std::is_pod_v<T> && sizeof(T) > 1);
    auto p = reinterpret_cast<const char*>(&x);

    std::size_t i = 1; 
    for(; i < sizeof(T); ++i)
    {
        if(p[i] != p[0]) { break; }
    }

    // ...
}

上述工具抱怨p[i] != p[0]时的比较包含填充字节的对象传递给foo。例如：

struct obj { char c; int* i; };
foo(obj{'b', nullptr});

从POD类型读取填充字节并将它们与其他东西进行比较是不确定的行为？我在标准和StackOverflow中都找不到确定的答案。

Answer 1

您的程序的行为是实现定义有两个方面：

1）在C ++之前14：由于signed可能存在1的补码或带符号的char类型，你可能会返回一个令人惊讶的结果由于比较+0和-0。

真正无懈可击的方法是使用const unsigned char*指针。这消除了现在废除（来自C ++ 14）1的补码或带符号char的任何问题。

由于（i）你拥有记忆，（ii）你正在指向x，（iii）unsigned char不能包含陷阱表示，（iv）{{1} }，char和unsigned char免于严格别名规则，使用signed char读取未初始化内存的行为完全明确定义。

2）但是由于您不知道未初始化的内存中包含的内容，因此读取它的行为未指定，这意味着程序行为是实现定义的，因为char类型不能包含陷阱表示。

Answer 2

这取决于条件。

如果x为零初始化，则填充为零位，因此这种情况定义良好（C ++ 14的8.5 / 6）：

零初始化T类型的对象或引用意味着：

- 如果T是标量类型（3.9），则将对象初始化为该值   通过转换整数字面积获得

0（零）到T; 105

- 如果T是（可能是cv-quali fi ed）非联合类类型，则各自   非静态数据成员和每个基类

子对象零初始化，填充初始化为零位;

- 如果T是（可能是cv-quali fi ed）联合类型，则该对象是第一个   非静态命名数据成员为零 -

初始化和填充初始化为零位;

- 如果T是数组类型，则每个元素都是零初始化的; - 如果T是   引用类型，不执行初始化。

但是，如果x是默认初始化的，则未指定填充，因此它具有不确定的值（由此处未提及填充的事实推断）（8.5 / 7）：

默认初始化T类型的对象意味着：

- 如果T是（可能是cv-quali fi ed）类类型（第9条），则为默认值   调用T的构造函数（12.1）（初始化为   如果T没有默认构造函数或重载决策，则格式错误   （13.3）导致歧义或被删除的函数或   从初始化的上下文中无法访问）;

- 如果T是数组类型，则每个元素都是默认初始化的;

- 否则，不执行初始化。

比较不确定的值是 UB（对于这种情况），因为没有提到的例外，因为你将不确定的值与某些东西（8.5 / 12）进行比较：

如果没有为对象指定初始值设定项，则对象为   默认初始化。使用自动或自动存储对象时   获得动态存储持续时间，该对象具有不确定性   值，如果没有为对象执行初始化，那么   对象保留不确定的值，直到替换该值   （5.17）。 [注意：具有静态或线程存储持续时间的对象是   零初始化，见3.6.2。 - 结束注释] 如果是不确定的值   通过评估产生的行为是不确定的，除了在   以下情况：

- 如果无符号窄字符类型的不确定值（3.9.1）   是由以下评估产生的：

......-条件表达式的第二或第三个操作数（5.16），

......-逗号表达式的右操作数（5.18），

......-演员或转换为无符号窄字符类型的操作数（4.7,5.2.3,5.2.9,5.4），

或

......-废弃值表达式（第5条），然后是结果   操作是一个不确定的值。

- 如果是无符号窄字符类型的不确定值   通过简单赋值的右操作数的评估产生的   运算符（5.17），其第一个操作数是无符号窄值的左值   字符类型，一个不确定的值替换了该值   左操作数引用的对象。

- 如果是不确定的值   无符号窄字符类型是由评估产生的   初始化unsigned对象时的初始化表达式   窄字符类型，该对象初始化为不确定   值。

Answer 3

Bathsheba的回答正确地描述了C ++标准的字母。

坏消息是，我测试过的所有现代编译器（GCC，Clang，MSVC和ICC）都忽略了这一点上的标准字母。相反，他们将Annex J.2中的秃头陈述视为C标准

[行为未定义]如果使用具有自动存储持续时间的对象的值是不确定的

尽管附件J不是规范性的，但在C和C ++中，好像它是100％规范的。这适用于对未初始化存储的所有可能的读访问，包括通过unsigned char *精心执行的访问，以及是，包括对填充字节的读访问。

此外，如果您要提交错误报告，我相信您会被告知，如果标准的规范性文本与他们正在做的事情不一致，那就是标准< / em>有缺陷。

好的消息是，如果您检查填充字节的内容，则只有在访问填充字节时才会产生UB。复制它们就可以了。特别是，如果您初始化POD结构的所有命名字段，通过结构分配和memcpy复制它是安全的，但不可以安全地比较它使用memcmp到另一个这样的结构。

是否未定义行为来读取和比较POD类型的填充字节？

3 个答案: