使用std::function时出现奇怪的行为

Question

我正在使用C++11库中的标准函数包装器，并且发现其布尔运算符存在一些奇怪的行为。如果我创建一个std::function对象，则布尔运算符返回false。即使我将nullptr赋值给该对象并再次检查，仍然如此。问题出现在当我将一个void指针分别转换成函数指针后，将其分配给对象时。考虑以下程序：

#include <functional>
#include <iostream>

void* Test() {
    return nullptr;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::function<void()> foo;
    std::cout << !!foo << std::endl;

    foo = nullptr;
    std::cout << !!foo << std::endl;

    foo = reinterpret_cast<void(*)()>(Test());
    std::cout << !!foo << std::endl;

    return 0;
}

我期望的输出是0 0 0，但结果是0 0 1（参见演示）。有人能解释一下为什么布尔运算符在包含null、不可调用的函数指针时返回true吗？请同时提供一种检查std::function中的nullptr的解决方法。

注意：我已经尝试过检查目标是否为空（使用foo.target<void*>() == nullptr），而不是使用布尔运算符，但似乎无论函数对象包含什么内容，目标始终为空（即使函数对象可以完全正常地被调用）。

- Elliott Darfink

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clang++3.4 输出：0 0 0 - dyp

这让我感到很熟悉，实际上，它可能与以下内容有关：https://dev59.com/mGQn5IYBdhLWcg3wcm17（除了UB问题，请参见Daniel Frey的答案） - dyp

Answer 1

这看起来像是一个错误。首先，这里有一个不使用转型玩任何游戏的简化示例：

#include <functional>
#include <iostream>

typedef void (*VF)();

VF Test() {
    return nullptr;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::function<void()> foo(Test());
    std::cout << !!foo << std::endl;
    return 0;
}

在使用GCC时，它仍打印1。这是不应该的：

20.8.11.2.1

template function(F f); template function(allocator_arg_t, const A& a, F f);

7 需要：F 必须是可复制构造的，f必须是 Callable（20.8.11.2），以参数类型ArgTypes和返回类型R。A的复制构造函数和析构函数不得抛出异常。

8 后置条件：如果以下任一情况成立，则！*this： - f是空指针函数。 - f是空指针成员。 - F是函数类模板的实例，并且!f。

- Igor Tandetnik

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请参见我的评论中链接的问题，转到http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=57465。 - dyp

Answer 2

我觉得代码并没有做你认为的那样。这一行：

foo = reinterpret_cast<void(*)()>(Test());

这意味着你从`Test()`接收到一个`void*`。然后你尝试将这个指向对象的指针强制转换为指向函数的指针。这是不允许的，因此代码会产生未定义的行为，因此编译器的任何输出都是有效的。

标准中相关的部分如下：

5.2.10 Reinterpret cast [expr.reinterpret.cast]

8.将函数指针转换为对象指针类型或反之亦然是有条件支持的。这种转换的含义是实现定义的，除非实现支持双向转换，将一个类型的prvalue转换为另一个类型并返回，可能具有不同的cv资格，应产生原始指针值。

9.空指针值（4.10）被转换为目标类型的空指针值。[注意：std :: nullptr_t类型的空指针常量不能转换为指针类型，并且整数类型的空指针常量不一定转换为空指针值。-结束注释]

和

4.10 Pointer conversions [conv.ptr]

1.空指针常量是一个整数类型的积极常量表达式（5.19），其计算结果为零或类型为std :: nullptr_t的prvalue。空指针常量可以转换为指针类型;结果是该类型的空指针值，并且与对象指针或函数指针类型的每个其他值都是可区分的。

这是一个简化的测试用例，将`std :: function`（及其可能的错误）排除在外：

#include <iostream>

int main() {
    using fp_t = void(*)();
    void* vn = nullptr;
    fp_t foo = reinterpret_cast<fp_t>(vn); // GCC: warning, Clang: silence
    //fp_t foo = reinterpret_cast<fp_t>(nullptr); // error (GCC and Clang!)
    std::cout << !!foo << std::endl;
}

Live example

- Daniel Frey

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我不确定这是否是未定义行为，请参见[expr.reinterpret.cast] /8+9（第8条规定它是实现定义的，但通常规则是nullptr值-> nullptr值）。 - dyp

@DyP /9 不适用，据我所知，Test() 返回的是 void*，而不是 0 或 std::nullptr_t。查看 /8，我认为它也不适用，因为它似乎需要 两个 转换，来回转换。哦，还有 GCC 给你一个警告，关于我在答案中写的内容 :) Clang 出于某种原因接受代码而没有警告，并打印出三个零。当涉及 UB 时，这意义不大。 - Daniel Frey

嗯，我曾经认为void*也是一个对象指针（与函数指针相对），但这只是一瞬间的想法。那么这是否意味着你根本无法在void*和函数指针之间进行转换？/9可能适用（除了转换问题），因为Test()返回一个空指针值（“空指针常量可以转换为指针类型；结果是空指针值”）。 - dyp

void*的转换是一个误导。即使没有强制转换，如果Test返回一个NULL函数指针，问题仍然存在（http://ideone.com/0U1ZGJ）。 - Igor Tandetnik

哦，我确实正确地假设void*是一个对象指针类型：[basic.compound]/3。 - dyp