在基于范围的for循环中，const auto引用的生命周期是否延伸到作用域的末尾？

Question

在基于范围的for循环中，const auto引用的生命周期是否延伸到作用域的末尾？

3

我发现一段代码，它在一个基于范围的for循环中清除了一个deque。尽管如此，const auto引用仍然被随后使用。以下是一个简单的复制：

struct Foo
{
    int x;
}

deque<Foo> q1;
deque<Foo> q2;
q1.push_front({0});
q1.push_front({1});

for (const auto& ref : q1)
{
    if (ref.x == 1)
    {
        q1.clear();
        q2.push_front(ref);
        break;
    }
}
std::cout << q2.front().x << std::endl;

这个问题似乎已经将 ref 的值获取了。但我认为 q1.clear() 应该删除了 ref 的底层数据。

这个引用的生命周期是否持续到作用域，还是未定义行为？
如果这是未定义行为，那么为什么它能够工作？

编辑：错过了原始代码中的断点，添加回来以缩小讨论范围。

- joseph lee

5

未定义行为并不意味着代码不能“正确”地运行。有效的输出是所有可能结果集合中的一部分。这就是为什么未定义行为如此危险。代码在一台机器上可能正常工作，在另一台机器上则不然。 - NathanOliver

if语句的内容未被执行。q1.front().x为0。 - sweenish

引用没有生命周期，它所指向的对象有。当该对象的生命周期结束时，引用将变得无效。通过绑定到const引用进行的生命周期延长仅适用于临时对象。 - molbdnilo

1个回答

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- dfrib · Accepted Answer

引用的生命周期是否贯穿作用域，还是这是一种未定义的行为？首先，考虑以下基于范围的for循环：

for (auto const& ref : q1) {
  // ...
}

根据 [stmt.ranged]/1，扩展为

{
  auto &&range = (q1);
  for (auto begin_ = range.begin(), end_ = range.end(); begin_ != end_;
       ++begin_) {
    auto const& ref = *begin_;
    // ...
  }
}

根据std::deque<T>::clear的文档，现在如下所示：

从容器中删除所有元素。调用此函数后，size() 返回零。

使任何引用、指针或迭代器无效，这些引用、指针或迭代器指向包含的元素。 任何超过末尾的迭代器也将无效。

如果进入了if (ref.x == 1)分支，则在q1.clear();之后，指向对象ref（这里是deque元素）的迭代器将无效，并且任何进一步使用该迭代器的操作都是未定义的行为，例如在下一个循环迭代中对其进行递增和取消引用。

现在，在这个特定的例子中，由于for-range-declaration是auto const&而不是只有auto &，如果*begin_解引用（在使迭代器失效之前）解析为一个值而不是一个引用，则此（临时）值将绑定到ref引用并扩展其生命周期。然而，std::deque是一个序列容器，应遵守[sequence.reqmts]的要求，其中特别是表78指定：

在表格77和78中，X表示一个序列容器类，a表示类型为X的值[...]。

表格78：

表达式：a.front() 返回类型：reference;（对于常量a为const_reference）

操作语义：*a.begin() 虽然不是完全无懈可击的，但似乎很有可能对std::deque迭代器进行解引用（例如begin()或end()）会产生引用类型，这是Clang和GCC都同意的事情：

#include <deque>
#include <type_traits>

struct S{};

int main() {
    std::deque<S> d;
    static_assert(std::is_same_v<decltype(*d.begin()), S&>, "");
               // Accepted by both clang and gcc.   
}

在这种情况下，使用ref。

 q2.push_front(ref);

在 q1.clear() 之后，UB（未定义行为）可能会发生。

我们还可以注意到，存储为 end_ 的 end() 迭代器在调用 clear() 后也会失效，这是扩展循环不变式在下一次迭代中测试时的另一个 UB 源。

如果这是未定义的行为，为什么它能够正常工作？试图理解未定义行为是徒劳无功的。