通过 C 标准的严格解释允许对可能无效的指针进行操作

Question

原始问题

（请参阅“编辑：更新的场景”）

这个问题可能以一种或另一种方式与大量关于超出范围的对象的指针的未定义行为等问题重复。但我在这里找到的关于这个主题的所有问题大多是专门的用例。所以我想把这个问题颠倒过来，不是问是否禁止某事，而是问究竟什么是允许的？

有一个可能的场景：你有一个函数，它需要一个指针——你不知道它是否来自一个（仍然）有效的对象。哪些操作在所有情况下都不是未定义的行为？哪些可能有未指定的附带条件？

int * myFunc(const int * const A, int * B)
{
   ...
}

编辑：更新的场景

在问题的 cmets 和 Matt McNabbs answer 中指出，无论如何，UB 很可能已经上升，因为在场景中调用函数期间使用了无效的指针（s 值）。因此，我将稍微改变一下场景（按照Keith Thompsons answer 的示例）：

int *ptr = malloc(sizeof *ptr);
/* the value of ptr is now valid, possibly NULL */
if (ptr != NULL) 
{
    /* the value of ptr is valid and non-null */
    free(ptr);
    /* the value of ptr is now invalid */

    ... /* here operations in question */
}

---

允许的操作列表：

（由您的答案和 cmets 完成和纠正。）

• 定义明确：取指针变量的大小。例如。 sizeof(ptr)
• 定义明确：取解引用指针的大小（假设它不是void *）。例如。 sizeof(*ptr)（参见 EOF 和 Jonathan Leffler 的 cmets）。
• 定义明确：将另一个（有效）值分配给指针（而不是引用的变量！）。例如。 ptr = NULL;

• 定义明确：访问指针的表示（来自Keith Thompson 的answer 的示例）：

  unsigned char rep[sizeof ptr];
  memcpy(rep, &ptr, sizeof ptr); /* ok, accesses the representation */
                                 /* but not the value */
  

没有按照标准定义好的操作：

（由您的答案和 cmets 完成和纠正。）

这些操作通常被视为在无效指针上定义良好，但根据标准没有定义良好：

• 未定义：比较指针的值（甚至与 NULL 指针常量）
• 未定义：转换为整数值

与所有未定义的行为一样，您可能会在许多机器上（ab）使用指针而侥幸，但 C 标准不保证您会侥幸逃脱，并且存在（或曾经是）这样滥用指针会导致程序严重失败。

有关一般规则，请参阅Keith Thompson's answer — 以及下面的大量 cmets。

Answer 1

任何对无效指针值的使用都有未定义的行为。

int *ptr = malloc(sizeof *ptr);
// the value of ptr is now valid, possibly NULL
if (ptr != NULL) {
    // the value of ptr is valid and non-null
    free(ptr);
    // the value of ptr is now invalid
    ptr; // UNDEFINED BEHAVIOR
}

引用：N15706.2.4p2：

当指针的值变得不确定时 它指向（或刚刚过去）的对象达到其生命周期的终点。

编译器很可能不会为表达式语句ptr; 生成任何代码；那当然是在未定义行为的范围内。

对指针 object 的任何不检索其值的操作都是（至少可能）明确定义的：

sizeof ptr;  // ok, doesn't use the value
sizeof *ptr; // ok, doesn't use the value, only the type
ptr = NULL;  // ok

你也可以在不访问其值的情况下访问指针对象的表示：

unsigned char rep[sizeof ptr];
memcpy(rep, &ptr, sizeof ptr); // ok, accesses the representation
                               // but not the value

虽然您对结果无能为力。

Answer 2

这个问题非常广泛。但要回答您的具体情况：

int * myFunc(const int * const A, int * B)

如果这个函数被一个无效的指针值调用，那么它已经导致了未定义的行为通过评估无效的指针值作为准备调用函数的一部分。

你所有“定义明确”的要点都没有明确定义，因为一旦发生 UB，猫就不能放回包里。