C++ 到底在哪里？标准说取消引用未初始化的指针是未定义的行为？

Question

到目前为止，我找不到如何推断以下内容：

int* ptr;
*ptr = 0;

是未定义的行为。

首先，5.3.1/1 规定 * 表示将 T* 转换为 T 的间接。但这并没有说明UB的任何事情。

然后经常引用3.7.3.2/4，说在非空指针上使用释放函数会导致指针无效，并且稍后使用无效指针是UB。但在上面的代码中没有任何关于释放的内容。

上面的代码中的UB是如何推导出来的呢？

Answer 1

第 4.1 节看起来像是一个候选节（强调我的）：

a 的左值 (3.10)
非函数、非数组类型 T 可以是
转换为右值。如果 T 是一个
不完全类型，一个程序
需要进行此转换的是
格式不正确。如果对象
左值引用的不是类型的对象
T 并且不是类型的对象
从 T 派生，或者如果对象是
未初始化的程序
需要进行此转换
未定义的行为。如果 T 是一个
非类类型，右值的类型
是 T 的 cv-unqualified 版本。
否则，右值的类型为

我相信只要在规范中搜索“uninitial”就可以找到更多候选者。

Answer 2

OP的问题纯属无稽之谈。标准没有要求某些行为是未定义的，事实上，我认为所有这些措辞都应该从标准中删除，因为它会让人们感到困惑，并使标准变得比必要的更加冗长。

该标准定义了某些行为。问题是，它是否指定了这种情况下的任何行为？如果没有，则无论是否明确说明，该行为都是未定义的。

事实上，一些未定义的规范留在标准中主要是为了标准编写者的调试辅助，其想法是，如果一个地方的要求与另一个地方未定义行为的显式声明相冲突，就会产生矛盾：这是证明标准缺陷的一种方法。如果没有未定义行为的明确声明，规定行为的其他条款将是规范性的且不受质疑。

Answer 3

我发现这个问题的答案是C++标准草案的一个意想不到的角落，24.2 节 迭代器要求，特别是 24.2.1 节 一般 段落 5 和 10 分别表示（强调我的）：

[...][ 示例：在声明未初始化的指针 x（与 int* x; 一样）之后，x 必须始终假定为具有奇异值 a指针。 —结束示例] [...] 可解除引用的值始终是非奇异的。

并且：

无效迭代器是可能为单数的迭代器。²⁶⁸

和脚注 268 说：

此定义适用于指针，因为指针是迭代器。取消引用已失效的迭代器的效果未定义。

尽管看起来确实存在一些关于空指针是否是单数的争议或不，看起来术语奇异值需要以更通用的方式正确定义。

单数的意图似乎在缺陷报告278。迭代器有效性是什么意思？在基本原理部分说：

为什么我们说“可能是单数”，而不是“是单数”？这是因为有效迭代器是已知的非奇异迭代器。使迭代器无效意味着以不再已知它是非奇异的方式对其进行更改。举个例子：正确地说，将一个元素插入到向量的中间会使所有指向该向量的迭代器无效。这并不一定意味着它们都变得单一。

因此，失效和未初始化可能会创建一个奇异的值，但由于我们无法证明它们是 >非奇异我们必须假设它们是奇异。

更新

另一种常识性方法是注意标准草案部分5.3.1一元运算符段落1其中说（强调我的）：

一元 * 运算符执行间接寻址：应用它的表达式应是指向对象类型的指针，或指向函数类型的指针，并且结果是引用该对象的左值或表达式指向的函数。[...]

然后，如果我们转到 3.10 部分 左值和右值 段落 1 说（强调我的）：

左值（历史上如此称呼，因为左值可能出现在赋值表达式的左侧）指定一个函数或一个对象。 [...]

但ptr 除非偶然，否则不会指向有效的对象。

Answer 4

评估未初始化的指针会导致未定义的行为。由于取消引用指针首先需要对其进行评估，这意味着取消引用也会导致未定义的行为。

尽管措辞发生了变化，但 C++11 和 C++14 中都是如此。

在 C++14 中，它被 [dcl.init]/12 完全覆盖：

当获得自动或动态存储期限的对象的存储时，该对象具有不确定值，如果没有对该对象执行初始化，则该对象将保留不确定值，直到该值被替换。

如果计算产生不确定值，则行为未定义，但以下情况除外：

其中“以下情况”是对 unsigned char 的特定操作。

---

在 C++11 中，[conv.lval/2] 在左值到右值转换过程中涵盖了这一点（即从 ptr 表示的存储区域检索指针值）：

非函数、非数组类型 T 的左值可以转换为纯右值。如果 T 是不完整类型，则需要此转换的程序是格式错误的。如果左值引用的对象不是
类型 T 的对象，并且不是从 T 派生的类型的对象，或者如果该对象未初始化，则需要此转换的程序具有未定义的行为。

C++14 中的粗体部分已被删除，并替换为 [dcl.init/12] 中的额外文本。

Answer 5

我不会假装我对此了解很多，但有些编译器会将指针初始化为 NULL，并且取消引用指向 NULL 的指针是 UB。

另外考虑到未初始化的指针可能指向任何内容（包括 NULL），当您取消引用它时，您可以得出结论，它是 UB。

第 8.3.2 节中的注释 [dcl.ref]

[注意：特别是空引用
不能存在于一个明确定义的
程序，因为唯一的方法
创建这样的引用是
将其绑定到通过以下方式获得的“对象”
取消引用空指针，这
导致未定义的行为。作为
9.6 中描述的引用不能
直接绑定到位域。 ]

—ISO/IEC 14882:1998(E)，ISO C++ 标准，第 8.3.2 节 [dcl.ref]

我认为我应该将其写为注释，我不太确定。

Answer 6

要取消引用指针，您需要读取指针变量（不是谈论它指向的对象）。读取未初始化的变量是未定义的行为。

读取指针的值后，您对指针的值执行的操作此时不再重要，无论是写入（如您的示例中）还是从它指向的对象中读取。

Answer 7

即使内存中某些内容的正常存储没有“空间”用于任何陷阱位或陷阱表示，也不需要实现以与静态持续时间变量相同的方式存储自动变量，除非用户代码可能保存指向它们某处的指针。这种行为对于整数类型最为明显。在典型的 32 位系统上，给定代码：

uint16_t foo(void);
uint16_t bar(void);
uint16_t blah(uint32_t q)
{
  uint16_t a;
  if (q & 1) a=foo();
  if (q & 2) a=bar();
  return a;
}
unsigned short test(void)
{
  return blah(65540);
}

即使该值超出了 uint16_t 可表示的范围，test 生成 65540 也不会特别令人惊讶。没有陷阱表示的类型。如果 uint16_t 类型的局部变量保存不确定值，则不要求读取它会产生 uint16_t 范围内的值。由于以这种方式使用无符号整数时也可能会导致意外行为，因此没有理由期望指针不会以更糟糕的方式表现。