对迭代器的钳位是否有效

Question

我在实际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;
}

编译器资源管理器上的代码

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，因为它是使用std::min钳制的。

Answer 1

对于随机访问迭代器， operator+(n)的操作语义是[random.access.iterators]，表 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]，表 95 *：

前提条件： r是可取消引用的。

使用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先决条件。 begin + 10; 你已经有UB了，和代码的rest无关。

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
    }

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

Answer 2

好吧，根据标准§5/5.7定义超出范围的迭代器是 UB：

当具有整数类型的表达式被添加到指针或从指针中减去时，结果具有指针操作数的类型。 如果指针操作数指向数组 object 的元素，并且数组足够大，则结果指向与原始元素偏移的元素，使得结果和原始数组元素的下标之差等于整数表达式。 换句话说，如果表达式指向数组 object i-th元素，则表达式(P)+N （等价于N+(P))和(P)-N （其中N具有值 n）指向，分别是数组对象的i+n-th和第i−n-th元素，前提是它们存在。 此外，如果表达式P指向数组 object 的最后一个元素，则表达式(P)+1指向数组 object 的最后一个元素，如果表达式 Qpointsone 超过数组 ZA8CFDE6331BD49EB2AC96F8911 的最后一个元素(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都指向同一个数组 object 的元素，或数组 object 的最后一个元素，则评估不应产生溢出； 否则，行为未定义

如果您打开 gcc 的迭代器调试，您可以验证这一点

# 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
    }