是否有可能從引用中產生分段錯誤？

Question

假設下面的代碼：

Foo & foo = getFoo(); 
foo.attr; // 100% safe access? 

如果foo是一個指針，我會檢查它是否是NULL，但是因爲它是一個參考，這樣的檢查是不必要的。我想知道的是，如果可能搞砸一個對象的引用，使得訪問它的屬性不安全。

我嘗試了一些例子，比如試圖將NULL轉換爲Foo對象，但是出現了編譯錯誤。我只是想確定上面的代碼總是安全的，並且我不應該知道內在的黑魔法。

從Benjamin的回答，我可以做一個示例代碼，我從中得到segmentation fault引用，因此它回答了我的問題。我會粘貼我的代碼，以防有人對未來感興趣：

#include <iostream> 
using namespace std; 

class B 
{ 
    public: 
    int x; 
    B() {x = 5;} 
}; 
class A 
{ 
    public: 
    void f() 
    { 
     b = *(B*)NULL; 
    } 
    B & getB() 
    { 
     return b; 
    } 

    B b; 
}; 

int main() 
{ 
    A a; 
    a.f(); 

    cout << a.getB().x << endl; 
    return 0; 
} 

Answer 1

是的，這是可能的。

Foo& Fr = *(Foo*)nullptr; 

從技術上講，這已經是取消引用該指針的未定義行爲。但它很可能不會導致任何可觀察的錯誤。這大概雖然：

Fr.attr = 10; 

然而，正如喬納森Wakely在評論中指出，沒有任何理由讓你檢查這樣的情況。如果一個函數返回一個無效的引用，那個函數就會中斷，需要修復。假設參考是有效的，您的使用代碼不會被破壞。但是，正如David Schwartz的回答中所述，有效的引用將變爲在完全合法的代碼中無效（儘管不爲空）。但是你沒有辦法檢查這個。你只需要知道它會在什麼情況下發生，然後停止使用該參考。

Answer 2

有可能引用壞記憶。所以foo.attr; // 100% safe access?的答案是否定的。考慮下面的例子：

int &something() { 
    int i = 5, &j = i; 
    return j; // Return reference to local variable. This is destroyed at end of scope. 
} 

int main() { 
    int &k = something(); // Equivalent to getFoo() 
    std::cout << k << endl; // Using this reference is undefined behavior. 
    return 0; 
} 

Live example.

參考k被沒有指向合法存儲器。但是這仍然會編譯。然而，在程序員沒有犯錯的情況下，這種情況不會發生。在這種情況下，功能something()寫入不正確，需要修復。沒有辦法或理由來檢查這一點。如果一個函數返回一個錯誤的引用，那麼你可以（也應該）做的唯一的事情就是修復違規函數。

Answer 3

引用必須引用該引用就位時的有效對象。這是一個C++標準要求，違反它的任何代碼都是UB，並且可以做任何事情。

但是，在引用被引用之後銷燬引用引用的對象是完全合法的。在那一點上，訪問參考是非法的。例如：

std::vector<int> j; 
j.push_back(3); 
int& k = j.front(); // legal, object exists now 
j.clear();   // legal, object may be destroyed while reference exists 
k++;    // illegal, destruction of object invalidates reference 

這意味着返回引用的函數必須始終返回返回時有效的引用。這就是爲什麼在空載體上調用front就是UB的原因 - 一個參考在坐下時必須有效。但是，通常會有條件導致該引用失效，並且如果您計劃嘗試存儲引用並稍後訪問它，則需要了解這些條件是什麼。

通常，您應該假設存儲返回的引用並稍後訪問它是不安全的，除非您知道引用將保持有效。例如，std::vector小心地解釋了在什麼情況下對容器的引用可以失效，並且包括對push_back的後續調用。因此，這被打破：

std::vector<int> j; 
j.push_back(3); 
int &first = j.front(); 
j.push_back(4); 
int &second = j.back(); 
if (first == second) // illegal, references into container are invalidated by push_back 

但是，這是罰款：

std::vector<int> j; 
j.push_back(3); 
j.push_back(4); 
int &first = j.front(); 
int &second = j.back(); 
if (first == second) // legal, references into container stay valid