std::function 的奇怪行为

Question

我正在使用 C++11 库中的标准函数包装器，我发现它的布尔运算符出现了一些奇怪的行为。如果我创建一个 std::function 对象，布尔运算符将返回 false。如果我将nullptr 分配给对象并再次检查，这仍然是正确的。当我为其分配一个已转换为函数指针的 void 指针时，就会出现问题。考虑以下程序：

#include <functional>
#include <iostream>

void* Test() {
    return nullptr;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::function<void()> foo;
    std::cout << !!foo << std::endl;

    foo = nullptr;
    std::cout << !!foo << std::endl;

    foo = reinterpret_cast<void(*)()>(Test());
    std::cout << !!foo << std::endl;

    return 0;
}

我期望的输出是0 0 0，但结果是0 0 1（参见demo）。任何人都可以解释为什么布尔运算符在包含一个空的、不可调用的函数指针时返回 true 吗？还请提及在std::function 中检查nullptr 的解决方法

注意：我已经尝试过检查目标是否为空（使用foo.target<void*>() == nullptr）而不是使用布尔运算符，但似乎无论函数对象包含什么，目标始终为空（即使调用函数对象非常好）。

Answer 1

对我来说似乎是一个错误。首先，这是一个simplified example，它不玩任何有演员表的游戏：

#include <functional>
#include <iostream>

typedef void (*VF)();

VF Test() {
    return nullptr;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::function<void()> foo(Test());
    std::cout << !!foo << std::endl;
    return 0;
}

它仍然使用 GCC 打印 1。它不应该：

20.8.11.2.1
template<class F> function(F f);
template <class F, class A> function(allocator_arg_t, const A& a, F f);
7 需要： F 应为CopyConstructible。 f 应为 Callable (20.8.11.2) 参数类型ArgTypes 和返回类型R。复制构造函数和 A 的析构函数不会抛出异常。
8 后置条件： !*this 如果以下任何一项成立：

• f 是一个 NULL 函数指针。
• f 是一个指向成员的 NULL 指针。
• F 是函数类模板的一个实例，!f

Answer 2

我不认为代码在做你认为它做的事情。这一行：

foo = reinterpret_cast<void(*)()>(Test());

表示您收到来自Test() 的void*。然后，您继续 reinterpret_cast 这个 pointer-to-object 进入 pointer-to-function。这是不允许的，因此代码会产生未定义的行为，因此编译器的任何输出都是有效的。

标准的相关部分是

5.2.10 重新解释演员表 [expr.reinterpret.cast]

⁸ 有条件地支持将函数指针转换为对象指针类型或反之亦然。这种转换的含义是实现定义的，除非实现支持双向转换，将一种类型的纯右值转换为另一种类型并返回，可能具有不同的 cv 限定，应产生原始指针值。

⁹ 将空指针值（4.10）转换为目标类型的空指针值。 [注意： std::nullptr_t 类型的空指针常量不能转换为指针类型，整数类型的空指针常量不一定要转换为空指针值。 ——结束注释 ]

和

4.10 指针转换 [conv.ptr]

¹空指针常量 是整数类型的整数常量表达式 (5.19) 纯右值，其计算结果为零或std::nullptr_t 类型的纯右值。空指针常量可以转换为指针类型；结果是 空指针值 该类型，并且可与对象指针或函数指针类型的所有其他值区分开来。

（强调我的）

这是一个简化的测试用例，将std::function（及其可能的错误）排除在外：

#include <iostream>

int main() {
    using fp_t = void(*)();
    void* vn = nullptr;
    fp_t foo = reinterpret_cast<fp_t>(vn); // GCC: warning, Clang: silence
    //fp_t foo = reinterpret_cast<fp_t>(nullptr); // error (GCC and Clang!)
    std::cout << !!foo << std::endl;
}

Live example