空引用可能吗？

Question

这段代码是否有效（和定义的行为）？int &nullReference = *(int*)0;这两个g ++以及铛++编译它没有任何警告，即使使用-Wall，-Wextra，-std=c++98，-pedantic，-Weffc++...当然，该引用实际上并不为空，因为无法访问该引用（这意味着取消引用一个空指针），但是我们可以通过检查其地址来检查其是否为空：if( & nullReference == 0 ) // null reference

Answer 1

答案取决于您的观点：

如果按照C ++标准进行判断，则无法获得空引用，因为您首先会获得未定义的行为。在第一次发生未定义行为之后，该标准允许发生任何事情。因此，如果您编写*(int*)0，那么从语言标准的角度来看，您已经具有未定义的行为，即取消引用空指针。程序的其余部分无关紧要，一旦执行了此表达式，您就退出了游戏。

但是，实际上，可以很容易地从空指针创建空引用，直到您真正尝试访问空引用后面的值时，您才会注意到。您的示例可能有点太简单了，因为任何好的优化编译器都会看到未定义的行为，并简单地优化掉所有依赖于它的内容（甚至不会创建null引用，它也会被优化掉）。

但是，优化工作取决于编译器来证明未定义的行为，这可能是不可能做到的。考虑一下文件内的这个简单函数converter.cpp：

int& toReference(int* pointer) {

    return *pointer;

}

当编译器看到此函数时，它不知道指针是否为空指针。因此，它只是生成将任何指针转换为相应引用的代码。（顺便说一句，这是一个小问题，因为指针和引用在汇编程序中是完全相同的野兽。）现在，如果您还有另一个user.cpp包含代码的文件

#include "converter.h"

void foo() {

    int& nullRef = toReference(nullptr);

    cout << nullRef;    //crash happens here

}

编译器不知道toReference()将取消对传递的指针的引用，并假定它返回有效的引用，实际上，该引用将为空引用。调用成功，但是当您尝试使用引用时，程序崩溃。希望。该标准允许发生任何事情，包括出现粉红色大象。

您可能会问为什么这是相关的，毕竟，内部已经触发了未定义的行为toReference()。答案是调试：空引用可能像空指针一样传播和扩散。如果您不知道可以存在空引用，并学会避免创建空引用，则可能要花费大量时间来弄清楚为什么仅在尝试读取普通旧int成员时成员函数似乎崩溃了（答案：实例在该成员的调用中是一个空引用，this一个空指针也是如此，并且您的成员被计算为位于地址8）。

那么如何检查空引用呢？你给了电话

if( & nullReference == 0 ) // null reference

在你的问题。嗯，那是行不通的：按照标准，如果取消引用空指针，您将具有未定义的行为，并且不创建空引用就无法创建空引用，因此，空引用仅存在于未定义行为的领域内。由于编译器可能会假设您未触发未定义的行为，因此它可以假设不存在空引用（即使它很容易发出生成空引用的代码！）。这样，它看到了if()条件，得出结论说它不可能成立，而只是丢弃了整个if()语句。随着链接时间优化的引入，以鲁棒的方式检查空引用已变得毫无可能。

TL; DR：

空引用有些可怕地存在：

它们的存在似乎是不可能的（按标准而言），

但是它们却存在（按生成的机器代码来确定），

但是您看不到它们是否存在（=您的尝试将被优化），

但无论如何它们可能会杀死您（=您的程序在怪异的点崩溃，甚至更糟）。

您唯一的希望是它们不存在（=编写您的程序以不创建它们）。

我希望那不会困扰您！

Answer 2

如果您打算找到一种在单例对象枚举中表示空值的方法，那么（取消）引用空值（C ++ 11，nullptr）是一个坏主意。

为什么不按如下所示在类中声明表示NULL的静态单例对象，并添加一个返回nullptr的强制转换指针运算符？

编辑：更正了几种错误类型，并在main（）中添加了if语句，以测试实际工作的强制转换指针操作符（我忘了..我的错）-2015年3月10日-

// Error.h

class Error {

public:

  static Error& NOT_FOUND;

  static Error& UNKNOWN;

  static Error& NONE; // singleton object that represents null

public:

  static vector<shared_ptr<Error>> _instances;

  static Error& NewInstance(const string& name, bool isNull = false);

private:

  bool _isNull;

  Error(const string& name, bool isNull = false) : _name(name), _isNull(isNull) {};

  Error() {};

  Error(const Error& src) {};

  Error& operator=(const Error& src) {};

public:

  operator Error*() { return _isNull ? nullptr : this; }

};

// Error.cpp

vector<shared_ptr<Error>> Error::_instances;

Error& Error::NewInstance(const string& name, bool isNull = false)

{

  shared_ptr<Error> pNewInst(new Error(name, isNull)).

  Error::_instances.push_back(pNewInst);

  return *pNewInst.get();

}

Error& Error::NOT_FOUND = Error::NewInstance("NOT_FOUND");

//Error& Error::NOT_FOUND = Error::NewInstance("UNKNOWN"); Edit: fixed

//Error& Error::NOT_FOUND = Error::NewInstance("NONE", true); Edit: fixed

Error& Error::UNKNOWN = Error::NewInstance("UNKNOWN");

Error& Error::NONE = Error::NewInstance("NONE");

// Main.cpp

#include "Error.h"

Error& getError() {

  return Error::UNKNOWN;

}

// Edit: To see the overload of "Error*()" in Error.h actually working

Error& getErrorNone() {

  return Error::NONE;

}

int main(void) {

  if(getError() != Error::NONE) {

    return EXIT_FAILURE;

  }

  // Edit: To see the overload of "Error*()" in Error.h actually working

  if(getErrorNone() != nullptr) {

    return EXIT_FAILURE;

  }

}