可以将 unique_ptr 与负索引一起使用而不会泄漏内存吗？

Question

我阅读了Are negative array indexes allowed in C?，发现可以将负值用于数组的索引很有趣。我用 c++11 unique_ptr 再次尝试了它，它也可以在那里工作！当然删除器必须替换为可以删除原始数组的东西。这是它的样子：

#include <iostream>
#include <memory>

int main()
{
    const int min = -23; // the smaller valid index
    const int max = -21; // the highest valid index
    const auto deleter = [min](char* p)
    {
        delete [](p+min);
    };
    std::unique_ptr<char[],decltype(deleter)> up(new char[max-min+1] - min, deleter);

    // this works as expected
    up[-23] = 'h'; up[-22] = 'i'; up[-21] = 0;
    std::cout << (up.get()-23) << '\n'; // outputs:hi
}

我想知道内存泄漏的可能性是否非常非常小。在堆上创建的内存地址 (new char[max-min+1]) 在向其添加 23 时可能会溢出并成为空指针。减去 23 仍会产生数组的原始地址，但 unique_ptr 可能会将其识别为空指针。 unique_ptr 可能不会删除它，因为它为空。

那么，之前的代码是否有可能会泄漏内存，或者智能指针的行为方式是否安全？

注意：我实际上不会在实际代码中使用它；我只是对它的行为方式感兴趣。

Answer 1

编辑：icepack 提出了一个有趣的观点，即在指针算术中只允许两个有效的指针值：

§5.7 [expr.add] p5

如果指针操作数和结果都指向同一个数组对象的元素，或者超过数组对象的最后一个元素，则求值不会产生溢出； 否则，行为未定义。

因此，您的代码的 new char[N] - min 已经调用了 UB。

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现在，在大多数实现中，这不会导致问题。但是，std::unique_ptr 的析构函数将（从这里开始预编辑答案）：

§20.7.1.2.2 [unique.ptr.single.dtor] p2

效果：如果get() == nullptr 没有效果。否则get_deleter()(get())。

所以是的，如果内存确实映射到表示空指针值的任何值（很可能是0，但不一定），那么您可能会在这里泄漏内存。是的，我知道这是针对单个对象的，但数组的行为完全相同：

§20.7.1.3 [unique.ptr.runtime] p2

下面仅针对行为不同于主模板的成员函数提供描述。

并且没有关于析构函数的描述。

Answer 2

new char[max-min+1] 不在堆栈上分配内存，而是在堆上 - 这就是标准 operator new 的行为方式。表达式max-min+1 由编译器求值并产生3，所以最终这个表达式等于在堆上分配3 个字节。这里没问题。

但是，减去min 会导致指针超出new 返回的分配内存的开头 23 个字节，并且由于在 new 中您只分配了 3 个字节，这肯定会指向一个不属于您的位置 - -> 以下任何内容都会导致未定义的行为。