在 CRTP 基类构造函数中向下转换为派生类：UB 与否？

Question

考虑以下类：

template <class Derived>
class BaseCRTP {
  private:
    friend class LinkedList<Derived>;
    Derived *next = nullptr;

  public:
    static LinkedList<Derived> instances;

    BaseCRTP() {
        instances.insert(static_cast<Derived *>(this));
    }
    virtual ~BaseCRTP() {
        instances.remove(static_cast<Derived *>(this));
    }
};

struct Derived : BaseCRTP<Derived> {
    int i;
    Derived(int i) : i(i) {}
};

int main() {
    Derived d[] = {1, 2, 3, 4};
    for (const Derived &el : Derived::instances) 
        std::cout << el.i << std::endl;
}

我知道在BaseCRTP<Derived> 构造函数（或析构函数）中访问Derived 的成员是未定义的行为，因为Derived 构造函数在BaseCRTP<Derived> 构造函数之后执行 （对于析构函数，反之亦然）。

我的问题是：将this 指针转换为Derived * 以将其存储在链接列表中是未定义的行为，不访问任何Derived 的成员吗？ p>

LinkedList::insert 只访问BaseCRTP::next。

使用-fsanitize=undefined 时，我确实收到static_casts 的运行时错误，但我不知道它是否有效：

    instances.insert(static_cast<Derived *>(this));

crt-downcast.cpp:14:26: runtime error: downcast of address 0x7ffe03417970 which does not point to an object of type 'Derived'
0x7ffe03417970: note: object is of type 'BaseCRTP<Derived>'
 82 7f 00 00  00 2d 93 29 f3 55 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  e8 7a 41 03 fe 7f 00 00  01 00 00 00
              ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
              vptr for 'BaseCRTP<Derived>'
4
3
2
1

    instances.remove(static_cast<Derived *>(this));

crt-downcast.cpp:17:26: runtime error: downcast of address 0x7ffe034179b8 which does not point to an object of type 'Derived'
0x7ffe034179b8: note: object is of type 'BaseCRTP<Derived>'
 fe 7f 00 00  00 2d 93 29 f3 55 00 00  a0 79 41 03 fe 7f 00 00  04 00 00 00 f3 55 00 00  08 c0 eb 51
              ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
              vptr for 'BaseCRTP<Derived>'

---

此外，这是LinkedList 类的简化版本：

template <class Node>
class LinkedList {
  private:
    Node *first = nullptr;

  public:
    void insert(Node *node) {
        node->next = this->first;
        this->first = node;
    }

    void remove(Node *node) {
        for (Node **it = &first; *it != nullptr; it = &(*it)->next) {
            if (*it == node) {
                *it = node->next;
                break;
            }
        }
    }
}

Answer 1

到目前为止，我还没有找到一条规则说明它是或不是 UB，但我可以解释为什么你会看到观察到的行为。

在 C++ 标准中，我们有以下规则：

可以在构造或销毁期间调用成员函数，包括虚函数 (11.7.2) (11.10.2)。当从构造函数或析构函数直接或间接调用虚函数时， 包括在类的非静态数据成员的构造或销毁过程中，以及对象 调用应用的是正在构造或销毁的对象（称为 x），调用的函数 是 构造函数或析构函数的类中的最终覆盖器，而不是在派生更多的类中覆盖它。

这基本上是说在构造过程中允许调用虚函数。但是这些调用不能解析为更多的派生类。

这在 clang 中通过在构造过程中简单地交换 VMT 指针来实现。

这可以在这里观察到：https://godbolt.org/z/3Gebvv （或者简单地通过分析生成的程序集）

-fsanitize=undefined 现在添加了一些逻辑来查找错误/未定义的行为。例如，他们检查这样的演员表是否有效。为此，他们使用由编译器更改的 VMT。

在非构造函数上下文中，不适当的 vmt 指针是未定义行为的一个很好的指示。但是这也可能是消毒剂中的一个错误。