undefined behavior 未定义行为

未定义行为

指C++历代版本中没有明确规定的行为，因此在不同的编译器情况下，会产生不同的结果，因此这种不确定性很大概率在编程中出现bug，导致很恶性的后果，如何识别并处理未定义行为，非常重要，本文中将会对未定义行为分析，并举出几个未定义行为的例子，同时此文也是Back To Basics 笔记的第四篇。

Overview

在了解未定义行为之前，我们先来看看一些前情提要

一些对未定义行为的误解

我们时常认为项目组的leader已经有过多年的编程经验，也过度依赖编辑器和编译器，认为在code review ，unit test中就找到未定义行为，认为高级的编译器会对未定义行为报错，但实际上并不是的，常常非常有经验的程序员和测试工程师都不会发现未定义行为，也经常会出现写未定义行为的错误。

unspecified behavior

unspecified behavior指有多重含义的代码，编译器被允许随机按照一种方式解读，比如下面的代码

if ("abc" == "abc") {  }

编译器可以理解为两个字符串的地址是否相同，也可以选择进行字符串比较，但在编译器眼中，无论他怎么解释这段比较，都会返回一个true或false，虽然这种不是未定义行为，但因为编译器会返回不确定的结果，这也是一种需要注意的代码，尽量不要写出这种代码，这会对测试的同学造成极大地阻碍

undefined behavior

终于到了本文的主题，未定义行为，未定义行为不同于上面的行为，而是一种编译器看不懂的语言，代表这并不是c++代码，是一种毫无意义的语言，请看下面代码：

	int* varA = nullptr;
	*varA = 19;         //未定义行为 这里会运行时报错，引发了异常: 写入访问权限冲突。varA 是 nullptr。

	int varB;
	varA = &varB;
	
	std::cout << *varA;
	std::cout << varB;

第二行代码就是一种未定义行为：试图对nullptr重新赋值。

而三四行代码是合法的，虽然varB没有被初始化，但还是会有一个地址被保存，因此可以把这个地址给varA指针来进行保存

第五行代码也是合法的，因为在重定义varA = &varB的时候这个步骤是合法的，虽然varB可能指向的是一个位置的地址，但在编译器眼中，这里是合法的

第六行则是一种未定义行为：直接访问一个未初始化的随机地址。

请再看一段代码：

template<typename T1, typename T2>
void doLessThanLessThan(T1& x, T2& y) {
	x << y;
}

int main() {

	doLessThanLessThan(250, 75);        // 未定义行为，但在C++20无法编译通过
	doLessThanLessThan(std::cout, "cat");// 正常输出cat

	return 0;

}

定义的模板函数中，可以理解为x左移y位（主函数中第一行），也可以理解为流符号（主函数中第二行的调用），这两种调用模板函数的形式中，第一种则会直接编译不通过，因为c++中不允许移位超过类型原本的长度，int类型肯定是不会有75位，因此这是一种未定义行为，但第二种则是正常的代码

一部分未定义行为：

访问std:vector中超出末尾的元素

对空指针的重复引用

使用未初始化变量

从构造函数或析构函数调用纯虚函数

在对象被销毁后使用(被释放后使用)

转换指向不兼容类型的指针，然后使用结果

没有边界条件的无限循环

修改字符串字面值或任何其他const对象

函数声明的时候有返回值，但实现的部分没有返回值

任何竞争条件

整数除以零

带符号整数溢出，但无符号整数溢出则不是

上面这些未定义行为并不完整，而且有些是可以编译通过的有些则直接在编译期间就会报错，这取决于不同的编译器，但相同的是上面这些都属于未定义行为：

在请看一些例子：

	std::vector<int> myContainer = { 1,2,5,4,6 };
	for (auto& item : myContainer) {
		if (item == 5) {
			myContainer.insert(myContainer.begin(), -5);
		}
	}

因为insert方法会使所有的迭代器失效，因此在第四行之后，不清楚当前的迭代器指向哪里，因此这是一种未定义行为，下一次循环中就不知道会如何进行，可能死循环，也可能直接crash

void doThing8(const std::string input) {
	std:string& tmp = const_cast<std::string&>(input);// line B
	tmp = "bear"; // line C
}
const std :: string value = "tiger"; // line A
doThing8(value);

对一个已经有了const属性的对象进行const_cast取消他的const属性,也是未定义行为：

int varA = 5;
varA == ++varA + 2;     // c++ 03, 未定义行为， C++ 11 以及更新的版本是正确的
varA == 8;

int varB = 3;
varB = varB++ + 2;      // C++11以前是未定义，17以后是正确的

谭浩强老师版本的未定义行为（据说是因为后面的修订版本导致的有类似的代码，可能也不是谭老师本人的意愿）：

上面的代码中如果在C++14的版本中运行，则varB为6，

而c++20的版本则为5，可以看到未定义行为的危害，不同的编译器会产生很不一样的结果，因此在编程的过程中，希望能够了解并注意到这些严重的问题。