是否有没有未定义行为的 C++ 安全版本？

Question

C++ 中未定义的行为很难调试。是否存在不包含任何未定义行为而是抛出异常的 C++ 和标准库版本？我知道这会成为性能杀手，但我只打算在调试模式下编程、调试和编译时使用这个版本，并不真正关心性能。理想情况下，此版本是可移植的，您可以轻松打开/关闭未定义的行为检查。

例如，您可以像这样实现一个安全指针类（仅检查空指针，而不是实际上是否指向有效的内存块）：

template <typename T>
class MySafePointer {
     T* value;
public:
      auto operator-> () {
          #ifndef DEBUG_MODE
          assert(value && "Trying to dereference a null pointer");          
          #endif
          return value;
      }
      /* Other Stuff*/

};

如果你想恢复你的表现，用户只需要#undef DEBUG_MODE。

是否有执行此操作的 C++ 库/安全版本？

编辑：更改了上面的代码，使其实际上更有意义并且不会引发异常，但断言值是非空的。这个问题只是一个描述性错误消息与崩溃的问题......

Answer 1

是否存在不包含任何未定义行为而是抛出异常的 c++ 和标准库版本？

不，没有。正如评论中提到的，有 Address Sanitizer 和 Undefined Behavior Sanitizer 以及许多其他可用于寻找错误的工具，但没有“没有未定义行为的 C++”实现。

如果您想要一种本质上安全的语言，请选择一种。不是 C++。

Answer 2

未定义的行为

未定义的行为意味着您的程序最终处于标准未定义其行为的状态。

所以你真正要问的是，是否有一种语言的标准定义了所有可能的场景。

我想不出这样一种语言，原因很简单，程序是由机器运行的，但程序和标准是由人类编写的。

在一些微不足道的情况下防止它的影响

未定义行为的一个小例子是当您通过operator[] 访问std::vector 的越界元素时。与 C 风格的数组完全一样，v[i] 基本上会返回*(v_ + i)，其中v_ 是包裹在v 中的指针。这是快速且不安全的。

如果您想安全地访问ith 元素怎么办？您必须更改 std::vector<>::operator[] 的实现。

那么支持DEBUG_MODE 标志会有什么影响呢？本质上，您必须编写两个由#ifdef/(#else/)#endif 分隔的实现。显然这两个实现有很多共同点，所以你可以在代码中多次#-branch。但是...是的，我的底线是，您的要求可以通过更改标准来满足，以强制实施者为所有内容支持两种不同的实施（安全和快速/不安全和慢速）。

顺便说一句，对于这种特定情况，标准确实定义了另一个函数at，它是处理越界情况所必需的。但这就是重点：这是另一个功能。

怀疑

我最近发现 this question 与 constexpr 相关的 UB。这是来自the answer Nicol Bolas 的一点引用，

假设，我们可以从 C++ 甚至 C 中删除所有未定义的行为。我们可以先验地明确定义所有内容，并从语言中删除任何无法根据第一原则确定评估的内容。

这让我对我在这里给出的答案感到紧张。

Answer 3

是否有没有未定义行为的安全版本的 c++？

没有。

例如，您可以像这样实现一个安全指针类

如何抛出异常比崩溃更安全？您仍在尝试查找错误以便静态修复它，对吧？

您编写的内容允许您的错误程序继续运行（除非它只是调用terminate，在这种情况下您做了一些工作却完全没有结果），但这并不能使它正确，并且它隐藏了错误而不是帮助你修复它。

是否有执行此操作的 C++ 库/安全版本？

未定义的行为只是一种错误类型，并不总是错误。故意使用非便携式平台功能也可能是标准未定义。

不管怎样，假设你捕获了每个未初始化的值、空指针和有符号整数溢出——你的程序仍然会产生错误的结果。

如果你编写的代码不会产生错误的结果，它也不会有 UB。