Question

我有一个类offset_ptr，它的工作原理类似于指针，但是存储它指向的内存地址作为其自身地址this的偏移量。这是一个已删除所有内容的版本，不需要演示该问题：

template <typename T>
struct offset_ptr {
  using offset_t = int64_t;
  static constexpr auto const NULLPTR_OFFSET =
      std::numeric_limits<offset_t>::max();

  offset_ptr(T const* p)
      : offset_{p == nullptr ? NULLPTR_OFFSET
                             : static_cast<offset_t>(
                                   reinterpret_cast<uint8_t const*>(p) -
                                   reinterpret_cast<uint8_t const*>(this))} {}

  T* get() {
    return 
        offset_ == NULLPTR_OFFSET
            ? nullptr
            : reinterpret_cast<T*>(reinterpret_cast<uint8_t*>(this) + offset_);
  }

  offset_t offset_;
};

此代码不适用于GCC -O2和-O3：

int* get() {
  offset_ptr<int> ptr = static_cast<int*>(malloc(sizeof(int)));
  auto p = ptr.get();
  *p = 110;  // WOW - please do not optimize me away :-(
  return p;
}

（为了简化起见，故意省略了内存管理和错误检查！）

这在生成的程序集中也可见： https://godbolt.org/z/PfZEJM

任务丢失了。

如上方的Godbolt编译器资源管理器链接所示，它在以下情况下有效

分配的值直接在函数本身中直接使用
offset_ptr位于堆上，而不是堆栈上
完全不使用offset_ptr

它适用于：

C语（有和没有优化）
MSVC（调试和发布模式）
GCC（当前版本和旧版本）-O0和-O1（但对于-O2和-O3来说否）

GCC和Clang地址以及UB清理程序版本在执行时不表示任何问题（除了泄漏的内存）。

有人可以指出C ++标准文档中的一段，指出该代码中包含UB（这可能是GCC积极优化分配的原因）吗？还是GCC中的错误？

编辑：删除nullptr中的offset_ptr检查会有所帮助（https://godbolt.org/z/5HjcLY）。但是我需要那些空检查。

Answer 1

[expr.add]p5：

当两个指针表达式P和Q相减时，结果的类型为实现定义的有符号整数类型； [...]


如果P和Q都得出空指针值，则结果为0。

否则，如果P和Q分别指向同一数组对象x[i]的元素x[j]和x，则表达式P-Q的值为i-j 。

否则，该行为是不确定的。

成员初始值设定项列表中的减法落在第三点，因此您拥有UB。

如果您删除了nullptr检查，则它“有效”，因为gcc无法证明第一个条件没有发生。

Answer 2

如果您使用reinterpret_cast到uintptr_t而不是uint8_t *，则可以使此工作有效。通过这种方式，您可以将UB换成实现定义的行为。

请参阅：https://godbolt.org/z/rBTqYl

为什么GCC在这里优化了分配？

2 个答案: