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今天我遇到了一些大致类似于以下代码段的代码。两者都valgrind检测UndefinedBehaviorSanitizer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; }
    }

    // ...
}

当一个包含填充p[i] != p[0]字节的对象被传递给foo. 例子：

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内容进行比较是未定义的行为吗？我在 Standard 和 StackOverflow 上都找不到明确的答案。

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3 回答 3

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您的程序的行为是在两个方面定义的实现：

1) 在 C++14 之前：由于您的 1 的补码或有符号幅度signed类型的可能性，由于比较 +0 和 -0 char，您可能会返回令人惊讶的结果。

真正防水的方法是使用const unsigned char*指针。这消除了对现已废除的（来自 C++14）1 的补码或有符号的量级的任何担忧char。

由于 (i) 您拥有内存，(ii) 您正在获取指向 的指针x，并且 (iii) anunsigned char不能包含陷阱表示，(iv) char，unsigned char并且signed char不受严格的别名规则的约束，因此使用const unsigned char*读取的行为未初始化的内存是完美定义的。

2）但是由于您不知道该未初始化内存中包含什么，因此未指定读取它的行为，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。

于 2017-11-22T14:41:05.823 回答
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这取决于条件。

如果x是零初始化，则填充的位为零，因此这种情况定义良​​好（C++14 的 8.5/6）：

对 T 类型的对象或引用进行零初始化意味着：

— 如果 T 是标量类型（3.9），则将对象初始化为通过转换整数文字获得的值

0（零）到 T；105

— 如果 T 是（可能是 cv 限定的）非联合类类型，则每个非静态数据成员和每个基类

子对象初始化为零，填充初始化为零位；

— 如果 T 是（可能是 cv 限定的）联合类型，则对象的第一个非静态命名数据成员为零-

初始化和填充被初始化为零位；

— 如果 T 是数组类型，则每个元素都初始化为零；— 如果 T 是引用类型，则不执行初始化。

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（由此处未提及填充这一事实推断）（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 限定的）类类型（第 9 条），则调用 T 的默认构造函数（12.1）（如果 T 没有默认构造函数或重载决议（13.3）导致初始化是非良构的）歧义或在初始化上下文中删除或无法访问的函数中）；

— 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。

并且在这种情况下比较不确定值是UB，因为没有提到的例外适用，因为您将不确定值与某物（8.5/12）进行比较：

如果没有为对象指定初始化器，则该对象是默认初始化的。当获得具有自动或动态存储持续时间的对象的存储时，该对象具有一个不确定的值，如果没有对该对象执行初始化，该对象将保留一个不确定的值，直到该值被替换（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的，请参见 3.6.2。— 尾注]如果评估产生不确定的值，则行为未定义，但以下情况除外：

— 如果通过以下评估产生无符号窄字符类型 (3.9.1) 的不确定值：

......- 条件表达式 (5.16) 的第二个或第三个操作数，

……——逗号表达式的右操作数（5.18），

......- 强制转换或转换为无符号窄字符类型（4.7、5.2.3、5.2.9、5.4）的操作数，

或者

......——一个弃值表达式（第 5 条），那么运算的结果是一个不确定的值。

— 如果通过对简单赋值运算符 (5.17) 的右操作数的求值产生无符号窄字符类型的不确定值，其第一个操作数是无符号窄字符类型的左值，则不确定值替换引用的对象的值由左操作数。

— 如果在初始化无符号窄字符类型的对象时，初始化表达式的评估产生了无符号窄字符类型的不确定值，则该对象被初始化为不确定值。

于 2017-11-22T17:42:45.067 回答
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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 C 标准附录 J.2中的粗略声明

[如果] 具有自动存储持续时间的对象的值在不确定时被使用，则行为未定义

就好像它在 C 和 C++ 中都是 100% 规范的，即使附件 J 不是规范的。这适用于对未初始化存储的所有可能的读取访问，包括那些通过 小心执行的unsigned char *读取访问，是的，包括对填充字节的读取访问。

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，那么标准就是有缺陷的。

好消息是，如果您检查填充字节的内容，您只会在访问填充字节时产生 UB 。复制它们是可以的。特别是，如果您初始化一个 POD 结构的所有命名字段，通过结构赋值和 复制它是安全的，memcpy但使用memcmp.

于 2017-11-23T03:29:55.107 回答