std::map operator [] -- 未定义的行为？答案

【问题标题】：std::map operator [] -- undefined behaviour?std::map operator [] -- 未定义的行为？
【发布时间】：2016-10-03 13:25:48
【问题描述】：

我刚刚提出了以下问题：这是否会导致未定义的行为，为什么？

std::map<int, int> m;
m[10] += 1;

它可以完美地编译和运行，但并不能证明什么。它类似于常见的 UB 示例 i = ++i + i++;，因为 operator[] 确实有副作用，但另一方面，假设任何评估顺序（从左到右和从右到左）都会让我进入地图的相同最终状态

编辑

对不起，我应该写的

 m[10] = m[10] + 1;

【问题讨论】：

这样的问题确实表明语言变得过于复杂了
这怎么可能是UB？
@Destructor，请看编辑，有什么变化吗？
@Slava 答案很简单……operator[] 默认在键 10 处构造一个映射值，并将其加一，正如人们所期望的那样。我不明白这有多复杂
如果 m[10] = m[10] + 1; 之类的行为未定义，则 [ ] 严重损坏。

标签： c++ dictionary stl undefined-behavior stdmap

【解决方案1】：

这没有什么不确定的。 operator[] 返回一个对映射条目的左值引用（它在必要时创建）。然后，您只是增加这个左值表达式，即基础条目。

评估顺序规则规定，对于修改分配操作，副作用在评估左侧（即映射条目的左值引用）和右侧（即常量1）操作数之后严格排序。这个例子完全没有歧义。

更新：在您更新的示例中，没有任何变化。再次，修改m[10] 的副作用严格排序在其他操作之后（即在右侧评估为左值，在右侧评估它，然后执行加法）。

相关排序规则，来自cppreference：

8) 内置的副作用（左参数的修改）赋值运算符和所有内置的复合赋值运算符在值计算（但不是副作用）之后排序左右参数，并在值之前排序赋值表达式的计算（即在返回之前对修改对象的引用）

【讨论】：

可能我误导性地使用了广义意义上的“副作用”短语，我特别担心容器结构的副作用：左侧部分必须以某种方式评估（即我们想要改变的左值）。这个评估是一个代价高昂的操作，因为我们在映射中插入了一个新值。想象一下，这会迫使底层搜索树彻底重新平衡。此外，正如您所友好地回答的那样，必须评估右侧部分。您引用的规则（正如我所看到的其他规则）没有说明价值计算顺序。
因此，根据引用的页面，这些树结构更改可以重叠：“A 和 B 的评估是无序的：它们可以按任何顺序执行并且可能重叠（在单个执行线程内，编译器可以交错包含 A 和 B) 的 CPU 指令"。这反过来又使行为未定义
“它们可以按任何顺序执行并且可能重叠” - 实际上严格来说这不是真的。它们确实可以按任何顺序执行，但是因为在这种情况下它们是函数调用（对重载的operator[]），所以它们可能不会重叠（在同一页的其他地方有说明）。因此，它们只是不确定排序而不是未排序，因此不符合未定义行为的标准。

【解决方案2】：

我不太确定你的担心是什么（如果这个答案不够充分，也许你应该澄清你的问题），但m[10] += 1; 没有被翻译成m[10] = m[10] + 1;，因为m 是用户定义的类编译器永远不会翻译类型和重载运算符。对于具有用户定义类类型的 a 和 b 对象：

a+=b 并不意味着 a = a + b（除非你这样做）
a!=b 不代表 !(a==b)（除非你这样做）

此外，函数调用永远不会重复。

所以m[10] += 1; 表示调用重载operator[] 一次；返回类型是一个引用，所以表达式是一个左值；然后将内置运算符+= 应用于左值。

没有评估问题的顺序。甚至没有多个可能的评估顺序！

另外，您需要记住 std::map<>::operator[] 的行为不像 std::vector<>::operator[]（或 std::deque's），因为 map 是完全不同的抽象：vector 和 deque 是序列概念的实现（位置很重要），但map 是一个关联容器（“关键”很重要，而不是位置）：

std::vector<>::operator[] 采用数字索引，如果该索引不引用向量的元素，则没有意义。
std::map<>::operator[] 接受一个键（可以是任何满足基本约束的类型），如果不存在（键，值）对，则创建一个（键，值）对。

请注意，出于这个原因，std::map<>::operator[] 本质上是一个修改操作，因此是非 const，而 std::vector<>::operator[] 本质上不是修改，但可以通过返回的引用进行修改，因此是“传递地” const：如果v 是非常量向量，则v[i] 将是一个可修改的左值，如果v 是一个常量向量，则将是一个常量左值。

所以不用担心，代码具有完美定义的行为。

【讨论】：