从本地C语言风格的数组返回指针导致悬空指针问题

Question

我对以下代码有点困惑：

#include <iostream>

const char* f()
{
    const char* arr[]={"test"};
    return arr[0];
}

int main()
{
    auto x = f();
    std::cout << x;
}

我认为这段代码应该是未定义的行为（UB）。我们在本地范围内返回一个指向C风格数组元素的指针。事情应该会出错。然而，我用-Wall -Wextra -pedantic在g++和clang上测试了所有编译器，没有一个抱怨。 valgrind也没有抱怨。

上面的代码是有效的还是像人们想象的那样UB？

PS：运行它似乎会产生“正确”的结果，即显示“test”，但这并不表示正确性。

- vsoftco

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就实际效果而言，“test”常量字符串被存储在可执行文件的静态数据区域，因此即使函数返回后该字符串仍然有效。当然，它是否有语言规范的保证则是另一个问题。 - Jeremy Friesner

问这些问题没有任何伤害，而且这个问题写得很好。加一。 - Bathsheba

@JesperJuhl 我知道什么是未定义行为，也知道由此可能导致月球爆炸。我想问的是这段代码是否真的存在未定义行为。看起来并没有。但很多人认为这段代码存在未定义行为...所以我认为这个问题很有用。 - vsoftco

@vsoftco：我本来没想到，但只有像巴里这样的专家才能指出为什么。 - Bathsheba

@TypeIA 是的，我看到了。可能我太习惯自动判断问题了，只是因为看到返回自函数指针的问题:/ - Algirdas Preidžius

Answer 1

不，这不是未定义行为。

这段内容：

const char* f()
{
    const char* arr[]={"test"};
    return arr[0];
}

可以改写成等价形式:

const char* f()
{
    const char* arr0 = "test";
    return arr0;
}

所以我们只返回一个指向字符串字面量的本地指针。字符串字面量具有静态存储期，没有什么会悬空。这个函数确实与以下函数相同：

const char* f()
{
    return "test";
}

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如果你做了类似于这样的事情：

const char* f() {
    const char arr[] = "test"; // local array of char, not array of char const*
    return arr;
}

现在那个是未定义行为 - 我们正在返回一个悬空指针。

- Barry

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"字符串字面量具有静态存储期" - 我知道所有编译器都这样做，但是它真的在标准中规定了字符串字面量必须具有静态存储期吗？ - UKMonkey

@UKMonkey 是的，已添加引用。 - Barry

不是要卖弄学识，但这并不完全“等同”。在这个上下文中，从功能上来说，可以这么认为，但数组就是数组就是数组。;) - Lightness Races in Orbit

在两种情况下，都有一个指向“const char”的本地指针，两种情况下该本地指针都被初始化为指向文字常量，并返回其值。唯一的区别是，在原始示例中，本地指针是单个元素数组的成员，在替代版本中，它是标量。如果在某些方面这些不是“等价的”，那又怎样呢？重要的是本地变量的确切类型并不重要。关键是函数返回后字符串字面量是否仍然有效。 - Solomon Slow

C语言同样保证字符串文字具有静态存储期，详情请参见http://port70.net/~nsz/c/c11/n1570.html#6.4.5p6。 - zwol

Answer 2

数组 arr 具有局部存储期，将在作用域结束时消失。然而，字符串字面量 "test" 是指向静态存储位置的指针。在返回指针之前，将其暂时存储在本地数组 arr 中并不会改变这一点。它始终是一个静态存储位置。

请注意，如果函数返回的是 C++ 样式的字符串类型而不是 C 样式的 const char *，则额外的转换/簿记可能会使您得到一个按照 C++ 临时规则有限生命周期的值。

- user9594869