C++中为什么不要解引用无效指针

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ES.65:不要解引用无效指针

Reason（原因）

解引用例如null等无效指针，是无定义的行为，通常会立即导致程序崩溃，错误的结果，或者内存破坏。

Note（注意）

本规则显而易见而且众所周知，但却很难遵守。它会带来好的代码风格，更充分的库支持，不需要很大代价但可以排除违反的静态解析。这是关于C++类型和资源安全模型的论述的重要组成部分。

See also:（参见）

Use RAII to avoid lifetime problems.
使用RAII避免生命周期问题。
Use unique_ptr to avoid lifetime problems.
使用unique_ptr避免生命周期问题
Use shared_ptr to avoid lifetime problems.
使用shared_ptr避免生命周期问题
Use references when nullptr isn't a possibility.
如果不可能出现空指针，使用引用
Use not_null to catch unexpected nullptr early.
使用not_null尽早捕获意外的空指针。
Use the bounds profile to avoid range errors.
使用边界规则群组避免范围错误。

Example（示例）

void f()
{
   int x = 0;
   int* p = &x;

   if (condition()) {
       int y = 0;
       p = &y;
   } // invalidates p

   *p = 42;            // BAD, p might be invalid if the branch was taken
}

为了解决这个问题，要么扩展对象指针意图指向的对象的生命周期，要么缩短指针的生命周期（将解引用操作移到所指向对象的生命周期结束之前。）

void f1()
{
   int x = 0;
   int* p = &x;

   int y = 0;
   if (condition()) {
       p = &y;
   }

   *p = 42;            // OK, p points to x or y and both are still in scope
}

Unfortunately, most invalid pointer problems are harder to spot and harder to fix.

不幸的是，大多数无效指针问题难于发现，也难于修改。

Example（示例）

void f(int* p)
{
   int x = *p; // BAD: how do we know that p is valid?
}

这样的代码大量存在。在经历了大量测试之后，大部分情况下可以动作，但是如果只看局部很难判断一个指针有没有可能为空。因此，空指针也是错误的主要来源之一。存在很多方法可以处理这个潜在问题：

void f1(int* p) // deal with nullptr
{
   if (!p) {
       // deal with nullptr (allocate, return, throw, make p point to something, whatever
   }
   int x = *p;
}

There are two potential problems with testing for nullptr:

检查指针是否为空会有两个潜在问题：

it is not always obvious what to do what to do if we find nullptr
在发现了空指针时应该做什么并不总是很明确。
the test can be redundant and/or relatively expensive
检查可能是多余的而且/或者代价相当高。
it is not obvious if the test is to protect against a violation or part of the required logic.
很难判断这个检查只是为了防止违反还是必要逻辑的一部分。

void f2(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
{
   assert(p);
   int x = *p;
}

这种做法只在断言检查有效时需要付出一定的代价，同时可以为编译器/解析器提供有用信息。如果C++得到协议（contracts）的直接支持的话，效果会更好：

void f3(int* p) // state that p is not supposed to be nullptr
   [[expects: p]]
{
   int x = *p;
}

Alternatively, we could use gsl::not_null to ensure that p is not the nullptr.

另外，我们可以使用gsl::not_null来保证p不是空指针。

void f(not_null p)
{
   int x = *p;
}

These remedies take care of nullptr only. Remember that there are other ways of getting an invalid pointer.

这个改进只处理空指针。别忘了还有其他形式的无效指针。

Example（示例）

void f(int* p)  // old code, doesn't use owner
{
   delete p;
}

void g()        // old code: uses naked new
{
   auto q = new int{7};
   f(q);
   int x = *q; // BAD: dereferences invalid pointer
}

Example（示例）

void f()
{
   vector v(10);
   int* p = &v[5];
   v.push_back(99); // could reallocate v's elements
   int x = *p; // BAD: dereferences potentially invalid pointer
}

Enforcement（实施建议）

This rule is part of the lifetime safety profile

本规则是生命周期规则群组的一部分

Flag a dereference of a pointer that points to an object that has gone out of scope
如果指针指向的对象已经处于生命周期之外，标记它的解引用操作。
Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by assigning a nullptr
如果指针由于被设为空指针而无效时，标记它的解引用操作。
Flag a dereference of a pointer that may have been invalidated by a delete
如果由于指针指向的对象被销毁而无效时，标记它的解引用操作。
Flag a dereference to a pointer to a container element that may have been invalidated by dereference
如果指针指向的容器元素由于解引用而无效时，标记它的解引用操作。

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网站题目：C++中为什么不要解引用无效指针
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C++中为什么不要解引用无效指针

Reason（原因）

Example（示例）

Enforcement（实施建议）

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