对迭代器的钳位是否有效

Question

我在实际的生产代码中发现了以下内容。 我怀疑它实际上具有未定义的行为，但是，我在 cppreference 上找不到相关信息。您能否确认这是 UB 或有效代码以及为什么这是 UB/有效（最好带有标准的引用）？

#include <vector>

int main(int, char **)
{
    auto v = std::vector<int>({1,2,3,4,5});
    auto begin = v.begin();
    auto outOfRange = begin + 10;
    auto end = v.end();
    auto clamped = std::min(outOfRange, end);
    return (clamped == end) ? 0 : 42;
}

Code on Compiler Explorer

如您所见，begin + 10 将创建一个超出std::vector 范围的迭代器。 但是，没有使用该迭代器，因为它使用std::min 进行了限制。

Answer 1

operator+(n) 的操作语义，对于随机访问迭代器是这个[random.access.iterators], Table 99 *:

difference_­type m = n;
if (m >= 0)
    while (m--)
        ++r;
else
    while (m++)
        --r;
return r;

对于++r，前提条件是[input.iterators], Table 95 *：

前提条件：r 是可取消引用的。

对于begin() + n，如果n 大于容器的大小，则从m 的某个值开始将不满足此前提条件。 begin + 10;之后你已经有UB了，剩下的代码就无关紧要了。

GCC 标准库清理程序（使用 -D_GLIBCXX_DEBUG 编译）会给您以下错误：

/usr/include/c++/10/debug/safe_iterator.h:885:
In function:
    __gnu_debug::_Safe_iterator<__gnu_cxx::__normal_iterator<int*, 
    std::__cxx1998::vector<int, std::allocator<int> > >, 
    std::__debug::vector<int>, std::random_access_iterator_tag>::_Self 
    __gnu_debug::operator+(const _Self&, 
    __gnu_debug::_Safe_iterator<__gnu_cxx::__normal_iterator<int*, 
    std::__cxx1998::vector<int, std::allocator<int> > >, 
    std::__debug::vector<int>, 
    std::random_access_iterator_tag>::difference_type)

Error: attempt to advance a dereferenceable (start-of-sequence) iterator 10 
steps, which falls outside its valid range.

Objects involved in the operation:
    iterator @ 0x0x7fffffffb900 {
      type = __gnu_cxx::__normal_iterator<int*, std::__cxx1998::vector<int, std::allocator<int> > > (mutable iterator);
      state = dereferenceable (start-of-sequence);
      references sequence with type 'std::__debug::vector<int, std::allocator<int> >' @ 0x0x7fffffffb8c0
    }

---

• N4659（2017 年 3 月后 Kona 工作草案/C++17 DIS）

Answer 2

好吧，根据标准§5/5.7定义一个超出范围的迭代器是UB：

当具有整数类型的表达式被添加或减去时 从一个指针，结果具有指针操作数的类型。如果 指针操作数指向数组对象的一个​​元素，而数组 足够大，结果指向一个元素偏移量 原始元素使得下标的差异 结果和原始数组元素等于积分表达式。 换句话说，如果表达式指向一个 i-th 元素 数组对象，表达式(P)+N（等价于N+(P))和 (P)-N（其中N 的值为n）分别指向 数组对象的i+n-th 和i−n-th 元素，前提是它们 存在。此外，如果表达式P 指向 一个数组对象，表达式(P)+1 指向最后一个 数组对象的元素，如果表达式 Qpointsone 超过 数组对象的最后一个元素，表达式(Q)-1 指向 数组对象的最后一个元素。如果指针操作数和 结果指向同一数组对象的元素，或过去的一个 数组对象的最后一个元素，评估不应产生 溢出;否则，行为未定义

如果你打开gcc的迭代器调试，你可以验证这一点

# g++ main.cpp -D_GLIBCXX_DEBUG -o main
# ./main
C:/mingw-w64/i686-8.1.0-win32-dwarf-rt_v6-rev0/mingw32/lib/gcc/i686-w64-mingw32/8.1.0/include/c++/debug/safe_iterator.h:374:
Error: attempt to advance a dereferenceable (start-of-sequence) iterator 10
steps, which falls outside its valid range.

Objects involved in the operation:
    iterator @ 0x0061FE3C {
      type = __gnu_debug::_Safe_iterator<__gnu_cxx::__normal_iterator<int*, std::__cxx1998::vector<int, std::allocator<int> > >, std::__debug::vector<int, std::allocator<int> > > (mutable iterator);
      state = dereferenceable (start-of-sequence);
      references sequence with type 'std::__debug::vector<int, std::allocator<int> >' @ 0x0061FE50
    }