为什么在使用静态方法时取消引用 nullptr 而不是 C++ 中的未定义行为？

Question

我正在阅读一篇关于nullptrC++ 中一些特性的文章，一个特定的例子在我的理解中引起了一些混乱。

考虑（来自上述帖子的简化示例）：

struct A {   
    void non_static_mem_fn() {}  
    static void static_mem_fn() {}  
};


A* p{nullptr};

/*1*/ *p;
/*6*/ p->non_static_mem_fn();
/*7*/ p->static_mem_fn();

根据作者的说法/*1*/，取消引用 the 的表达式nullptr本身不会导致未定义的行为。与/*7*/使用nullptr-object 调用静态函数的表达式相同。

理由基于C++ Standard Core Language Closed Issues, Revision 100中的issue 315

... *pis not an error when pis null 除非左值被转换为右值（7.1 [conv.lval]），它不在这里。

从而区分/*6*/和/*7*/。

因此，对实际的间接引用nullptr 不是未定义行为（在SO答案，在C ++标准的问题232讨论，...）。因此，/*1*/在这个假设下， 的有效性是可以理解的。

但是，如何/*7*/保证不引起UB呢？根据引用的引用，在 中没有从左值到右值的转换p->static_mem_fn();。但同样适用于/*6*/ p->non_static_mem_fn();，我认为我的猜测得到了同一期 315 中关于以下内容的引用：

/*6*/在 12.2.2 [class.mfct.non-static] 中明确指出为未定义，尽管有人可能会争辩说，因为它non_static_mem_fn();是空的，所以没有左值-> 右值转换。

（在引用中，我更改了“which”并f()获得与此问题中使用的符号的联系）。

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那么，为什么这样的区分做出了p->static_mem_fn();和p->non_static_mem_fn();关于UB的因果关系？是否有意使用从可能是的指针调用静态函数nullptr？

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附录：

• 这个问题询问为什么取消引用 anullptr是未定义的行为。虽然我同意在大多数情况下这是一个坏主意，但我不认为根据此处的链接和引号，该声明是绝对正确的。
• 本 Q/A 中的类似讨论以及一些指向问题 232 的链接。
• 我找不到专门针对静态方法和nullptr取消引用问题的问题。也许我错过了一些明显的答案。

Answer 1

此答案中的标准引用来自 C++17 规范 (N4713)。

您的问题中引用的部分之一回答了非静态成员函数的问题。[class.mfct.非静态]/2：

如果为不是 类型或派生类型的X对象调用类的非静态成员函数，则行为未定义。XX

例如，这适用于通过不同的指针类型访问对象：

std::string foo;

A *ptr = reinterpret_cast<A *>(&foo); // not UB by itself
ptr->non_static_mem_fn();             // UB by [class.mfct.non-static]/2

空指针不指向任何有效对象，因此它当然也不指向该类型的对象A。使用你自己的例子：

p->non_static_mem_fn(); // UB by [class.mfct.non-static]/2

既然如此，为什么这在静态情况下有效呢？让我们将标准的两个部分放在一起：

[expr.ref]/2:

...表达式E1->E2转换为等效形式(*(E1)).E2...

[class.static]/1（强调我的）：

...静态成员可以使用类成员访问语法来引用，在这种情况下将评估对象表达式。

特别是第二个块表示即使对于静态成员访问也会评估对象表达式。例如，如果它是具有副作用的函数调用，则这一点很重要。

放在一起，这意味着这两个块是等效的：

// 1
p->static_mem_fn();

// 2
*p;
A::static_mem_fn();

因此，要回答的最后一个问题是当为空指针值时是否*p 单独存在未定义行为。p

传统观点会说“是”，但事实并非如此。 标准中没有任何内容表明单独取消引用空指针是 UB，并且有几个直接支持这一点的讨论：

• 正如您在问题中提到的，问题 315*p明确指出当结果未使用时不是 UB。
• DR 1102删除了“取消引用空指针”作为 UB 的示例。给出的理由是：

  围绕取消引用空指针的未定义行为存在一些核心问题。其意图似乎是取消引用已明确定义，但使用取消引用的结果将产生未定义的行为。这个主题太混乱了，不能作为未定义行为的参考示例，或者如果要保留它，应该更准确地说明。

• 此 DR 链接到问题 232，其中讨论添加措辞，明确指示*p为 空指针时的定义行为p（只要不使用结果）。

综上所述：

p->non_static_mem_fn(); // UB by [class.mfct.non-static]/2
p->static_mem_fn();     // Defined behavior per issue 232 and 315.