使用 std::vector，为什么 &vec[0] 是未定义的行为，但 vec.data() 是安全的？

Question

我一直在通过"Link here" 的 isocpp.org 阅读常见问题解答，并注意到std::vector 的警告：

std::vector<int> v;
auto a = &v[0]; // Is undefined behaviour but
auto a = v.data(); // Is safe

来自实际网站：

void g()
{
  std::vector<Foo> v;
  // ...
  f(v.begin(), v.size());  // Error, not guaranteed to be the same as &v[0]
    ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ // Cough, choke, gag; use v.data() instead
}

此外，如果 std::vector 或 std::array 为空，而使用 .data() 始终是安全的 功能。

我不确定我是否完全理解这一点。 ::data() 返回指向数组开头的指针，&[0] 返回开头的地址。我没有看到这里的区别，我不认为 &[0] 正在取消引用任何东西（即，没有读取元素 0 处的内存）。在调试版本中的 Visual Studio 上，访问下标 [0] 会导致断言失败，但在发布模式下它什么也没说。对于默认构造的向量，两种情况下的地址也是 0。

我也不明白关于::begin() 的评论不能保证与::operator[0] 相同。我假设对于向量，begin() 迭代器、::data() 和 &[0] 中的原始指针都是相同的值。

Answer 1

我没有看到这里的区别

&v[0] 与&(v[0]) 相同，即从v 的第一个元素获取地址。但是当v 为空时根本没有元素，v[0] 只是导致UB，它试图返回一个不存在的元素；试图从中获取地址是没有意义的。

v.data() 总是安全的。它将直接返回指向底层数组的指针。当v 为空时，指针仍然有效（它可能是空指针也可能不是）；但请注意，取消引用它（如 *v.data()）也会导致 UB，与 v[0] 相同。

另外我不明白关于::begin() 的评论不能保证与::operator[0] 相同

std::vector::begin 将返回一个类型为std::vector::iterator 的迭代器，它必须满足RandomAccessIterator 的要求。它可能是一个原始指针，但不一定是。可以将其作为一个类来实现。

Answer 2

为了让您的示例更易于理解，您的问题中缺少的信息是 void f(Foo* array, unsigned numFoos); 在您的 Foo 向量上调用 .begin() 不能保证是一个指针。但有些实现可能表现得像它足以让它工作。

在空向量情况下，v.data() 返回一个指针，但您不知道它指向什么。它可能是一个 nullptr，但不能保证。

Answer 3

这一切都归结为一件简单的事情：您可以为指针添加或减去一个整数值，但尝试取消引用无效指针是未定义的行为。

比如说，

int a[10];
int* p = a;
int* q = p + 10;   // This is fine
int r = *(p + 10)  // This is undefined behaviour

在您的示例中：v[0] 与 *(v's internal pointer+0) 相同，如果向量为空，则会出现问题。