'幸运' 指向返回的本地地图数据的有效指针数据？

Question

在我的 C++ 程序中，我有一个函数，它返回一个包含元素的映射，每个元素都可以有一个指向映射中另一个元素的指针。我在函数末尾返回地图之前设置了这些指针。示例代码：

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

class TestObject{
public:
    TestObject(std::string message) : message(message), other(nullptr){}

    TestObject* other;
    std::string message;
};

std::map<std::string, TestObject> mapReturningFunction(){
    std::map<std::string, TestObject> returnMap;

    TestObject firstObject("I'm the first message!");

    returnMap.insert(std::make_pair("first", firstObject));

    TestObject secondObject("I'm the second message!");
    returnMap.insert(std::make_pair("second", secondObject));

    TestObject* secondObjectPointer = &(returnMap.at("second"));
    returnMap.at("first").other = secondObjectPointer;

    return returnMap;
}

int main(){
    std::map<std::string, TestObject> returnedMap = mapReturningFunction();

    std::cout << returnedMap.at("first").other->message << std::endl; // Gives a valid message every time

    std::cin.get();

    return 0;
}

在函数的调用点，指针other 仍然有效，尽管我怀疑它会变得无效，因为函数内部的“指向对象”是其元素的映射消失了范围。

这与Can a local variable's memory be accessed outside its scope?中提到的基本相同吗？我基本上'幸运'指针仍然指向有效数据？还是发生了一些不同的事情？

我确实认为每次都是“幸运”命中，但如果有一些确认会非常好。

Answer 1

是的，你很“幸运”（没那么多，你的程序迟早会崩溃或以某种方式做坏事）。

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解释：

returnMap在栈上分配：mapReturningFunction返回时销毁。

您获取地图内对象的地址并将其分配为other 指针。

当您的函数返回时，returnMap 被复制到返回值，因此（复制的）指针现在真正指向垃圾。

优化器通常会避免最后一次复制，它被称为“复制省略”（或"Return Value Optimization"），可能是您“正常”行为的原因。但没关系，您的程序有未定义的行为。

Answer 2

这不是运气。您正在返回指向堆栈上某个位置的指针。该位置是有效的，并且它恰好具有放置在那里的最后一个值，直到有其他东西改变它。

这是一个例子，我也从你链接的另一个问题中借用了这个想法，这完全一样：

#include <stdio.h>

int* foo()
{
    int a = 5;
    return &a;
}

void nukestack()
{
    int a = 7;
    printf("putting 7 on the stack\n");
}

void main()
{
    int* p = foo();
    printf("%d\n", *p);
    nukestack();
    printf("%d\n", *p);
}

程序的打印结果如下：

5
putting 7 on the stack
7

原因是这样的。我们首先调用 foo()，它在堆栈上为变量 a 分配空间。我们将 5 写入此位置，然后从函数返回，释放该堆栈空间，但保持内存不变。然后我们调用 nukestack()，它在栈上为自己的变量 a 分配空间。因为函数非常相似，并且两个函数中的变量大小相同，所以它们的内存位置恰好重叠。

此时新的 a 变量仍将具有旧值。但是我们现在用 7 覆盖了 5。我们从函数返回，我们的旧指针 p 仍然指向同一个位置，现在那里有一个 7。

这是未定义的行为，如果您依赖它，您在技术上违反了规则。对于大多数编译器，当您返回一个指向局部变量的指针时，您也会收到警告，并且警告真的不应该被忽略。

Answer 3

是的，这只是“幸运”。通过保留指向已被破坏的地图元素的指针，您将获得未定义的行为。这与保留指向本地地图本身的指针并不完全相同，因为地图的元素是动态分配的，但在这里归结为相同的结果。

在这里实际执行崩溃或其他“错误”行为并不容易。这大概是由于返回值优化，即地图的副本被省略，所以源没有被覆盖。

但以下内容在 VC++ 2013 中对我有用：

在您的mapReturnFunction 中，将return 语句更改为

return true ? returnMap : returnMap;

尽管这可能很奇怪，但此技巧将禁用返回值优化，从而生成实际副本。使用/EHsc /Za 编译（尽管这两个标志在这里都不应该真正产生影响），我的机器上的结果是 nothing 被打印。

通过一个不应该产生影响的陈述，可观察到的行为发生了如此巨大的变化，这一事实给你一个强烈的暗示，表明某些事情是非常错误的。

Answer 4

你不走运。复制省略或移动构造函数 (C++11) 将防止破坏原始数据。虽然第一个是可选的编译器优化，但第二个将（如果第一个不适用）创建原始版本的移动版本，而不会使引用失效。

请注意，一旦您复制（不移动）并且原件被破坏，指向其他元素的指针无效！

Answer 5

Pre C++11，你很“幸运”。由于复制省略，代码可能会起作用，特别是NRVO（命名返回值优化）意味着returnMap 和returnedMap 实际上是同一个对象。但是，您不能相信这一点，因此代码会调用未定义的行为。

发布 C++11，你很“幸运”，但没那么幸运。该地图有一个移动构造函数，return returnMap; 隐式移动本地 returnMap 作为 prvalue，然后可用于returnedMap 的移动构造函数。编译器仍然可以忽略这一点，但您可以依赖被移动的本地值。但是，该标准并未保证容器移动时究竟会发生什么，因此您仍会调用未定义的行为，但一旦解决了LWG open issue 2321，这种情况可能会发生变化。