有时访问constptr的未定义行为

Question

我有一个定义为的头文件

#pragma once
#include <iostream>
template<int size>
struct B
{
double arr[size * size];
constexpr B() : arr()
{
arr[0] = 1.;
}
};
template<int size>
struct A
{
const double* arr = B<size>().arr;
void print()
{
// including this statement also causes undefined behaviour on subsequent lines
//printf("%in", arr);
printf("%fn", arr[0]);
printf("%fn", arr[0]); // ???
// prevent optimisation
for (int i = 0; i < size * size; i++)
printf("%f ", arr[i]);
}
};

并用称之为

auto a = A<8>();
a.print();

现在，此代码仅在使用msvc发布模式编译时预期运行(全部使用c++17编译(。

预期输出：

1.000000
1.000000

msvc调试：

1.000000
-92559631349317830736831783200707727132248687965119994463780864.000000

gcc通过mingw(带和不带-g(：

1.000000
0.000000

然而，这种行为是不一致的。如果我将double arr[size * size]替换为double arr[size]，则会给出预期的输出。当然，如果我在堆上分配arr，就不会再有问题了。

我看了msvc调试构建的程序集，但没有发现任何异常。为什么这种不明确的行为只是偶尔发生？

asm输出

反编译的msvc发行版

Answer 1

在此声明中

const double* arr = B<size>().arr;

声明了一个指向临时数组(的第一个元素(的指针，该指针在声明之后将不活动

因此，取消引用指针会导致未定义的行为。

Answer 2

当你写：

const double* arr = B<size>().arr;

上述语句初始化指向const double的指针，即名为arr的const double*，并使用临时数组对象。由于此临时数组对象将在完整表达式结束时销毁，因此使用arr将导致未定义的行为。

为什么这种未定义的行为只会偶尔发生？

未定义的行为意味着任何¹都可能发生，包括但不限于提供预期输出的程序。但是永远不要依赖(或根据未定义行为的程序的输出得出结论(。

所以您看到的输出(可能看到的(是未定义行为的结果。正如我所说，不要依赖于有UB的程序的输出。程序可能会崩溃。

因此，使程序正确的第一步是删除UB然后并且只有到那时您才能开始对程序的输出进行推理。

---

^{1对于未定义行为的更准确的技术定义，请参阅此处，其中提到：对程序的行为没有限制}

Answer 3

似乎完全巧合的是，较小的分配总是在一个不会被printf中的rep stosd指令擦除的位置进行寻址。并不像我最初认为的那样是由奇怪的编译器优化引起的。

什么是"；rep-stos"；x86汇编指令序列做什么？

我也不知道为什么我决定这样做。这不是我问的问题，但我最终想要一个编译时查找表，所以真正的解决方案是c++20上的static inline constexpr auto arr = B<size>()。这就是为什么代码看起来很奇怪。