reinterpret_cast 错误还是 UB？ [复制]

Question

考虑以下代码：

#include <cstdint>
#include <algorithm>

std::uintptr_t minPointer(void *first, void *second) {
    const auto pair = std::minmax(
        reinterpret_cast<std::uintptr_t>(first),
        reinterpret_cast<std::uintptr_t>(second)
    );
    return pair.first;
}

以及由 GCC8 生成的程序集，开启 -O3 https://godbolt.org/z/qWJuV_ 为minPointer：

minPointer(void*, void*):
  mov rax, QWORD PTR [rsp-8]
  ret

这显然不符合代码创建者的意图。这段代码是导致一些 UB 还是 GCC(8) 错误？

Answer 1

这是 UB，但不是你想的那样。

std::minmax()的相关签名为：

template< class T > 
std::pair<const T&,const T&> minmax( const T& a, const T& b );

在这种情况下，您的pair 是对uintptr_t const 的一对引用。我们引用的实际对象在哪里？没错，它们是在最后一行创建的临时对象，已经超出了范围！我们有悬垂的参考。

如果你写了：

return std::minmax(
    reinterpret_cast<std::uintptr_t>(first),
    reinterpret_cast<std::uintptr_t>(second)
).first;

那么我们没有任何悬空引用，您可以看到 gcc 生成了适当的代码：

minPointer(void*, void*):
  cmp rsi, rdi
  mov rax, rdi
  cmovbe rax, rsi
  ret

或者，您可以将pair 的类型显式指定为std::pair<std::uintptr_t, std::uintptr_t>。或者完全避开这对和return std::min(...);。

---

就语言细节而言，由于[expr.reinterpret.cast]/4，您可以将指针转换为足够大的整数类型，并且std::uintptr_t 保证足够大。所以一旦你解决了悬空参考问题，你就没事了。

Answer 2

reinterpret_cast 定义明确。问题是 the type of const auto pair 是 const std::pair<const std::uintptr_t&, const std::uintptr_t&> 因为这是 std::minmax 返回的，所以你有悬空引用。

您只需要摆脱悬空引用即可使其工作：

std::uintptr_t minPointer(void *first, void *second) {
    const std::pair<std::uintptr_t, std::uintptr_t> pair = std::minmax(
        reinterpret_cast<std::uintptr_t>(first),
        reinterpret_cast<std::uintptr_t>(second)
    );
    return pair.first;
}

Godbolt link