为什么编译器允许越界数组访问，即使使用 constexpr 索引也是如此

Why does compiler allow out-of-bounds array access even with constexpr index?

本文关键字：constexpr 索引 访问 许越界 编译器 数组 越界 为什么      更新时间：2023-10-16

例如，如果我们有一个std::array并且我们使用编译器不会报告错误constexpr实例化一个越界的元素：

constexpr int EvaluateSpecialArrayIndex(int a)
{ return a * sizeof(int); }
array<int, 5> arr;
cout << arr[98] << endl; //compiles fine
cout << arr[EvaluateSpecialArrayIndex(4)] << endl; //the same as above

我们不能以某种方式限制这一点吗？

为了确保在

编译时计算constexpr函数，必须通过使其结果constexpr来强制它们。 例如：

#include <array>
int
main()
{
    constexpr std::array<int, 5> arr{1, 2, 3, 4, 5};
    int i = arr[6];  // run time error
}

然而：

#include <array>
int
main()
{
    constexpr std::array<int, 5> arr{1, 2, 3, 4, 5};
    constexpr int i = arr[6];  // compile time error
}

不幸的是，要使其真正起作用，std::array必须符合 C++14 规范，而不是 C++11 规范。 由于 C++11 规范没有用 constexpr 标记std::array::operator[]的const过载。

所以在 C++11 中你不走运了。 在 C++14 中，您可以使其工作，但前提是调用索引运算符的array和结果都声明为 constexpr 。

澄清

数组索引的 C++11 规范如下：

                reference operator[](size_type n);
          const_reference operator[](size_type n) const;

数组索引的 C++14 规范如下：

                reference operator[](size_type n);
constexpr const_reference operator[](size_type n) const;

即 constexpr被添加到 C++14 的const过载中。

更新

数组索引的 C++17 规范如下：

constexpr       reference operator[](size_type n);
constexpr const_reference operator[](size_type n) const;

该周期现已完成。 宇宙可以在编译时计算。;-)

如果你在编译时知道数组索引，你可以将std::get与索引一起使用，如果你越界，这将导致编译失败

std::array<int, 4> a{{1,2,3,4}};
std::get<4>(a); // out of bounds, fails to compile

我从 gcc-4.9 得到的错误以以下结尾：

error: static assertion failed: index is out of bounds
       static_assert(_Int < _Nm, "index is out of bounds");

std::get仅适用于常量表达式索引(索引是一个模板参数(，因此使用 std::array 它始终可以在编译时检测越界。

对于常规 C 数组，std::array 上的数组访问是相同的，它从不检查索引是否有效，如果超出范围，它只会调用 UB。如果需要限制，请使用 std::array::at()，它会为超出数组边界的值引发std::out_of_range()异常。

arr.at(EvaluateSpecialArrayIndex(4)); // terminate called after throwing
                                      // an instance of 'std::out_of_range'

如果你想要一个编译时错误，请使用std::get：

std::get<EvaluateSpecialArrayIndex(4)>(arr); // error: static_assert failed
                                             // "index is out of bounds"

简单的答案，因为对于std::array来说，使用单独的constexpr重载来检查这种事情是非常昂贵的。如果需要，可以围绕std::array编写自己的包装器，为编译时常量提供编译检查访问。像这样：

template<typename T, size_t S>
class safeArray
{
    std::array<T, S> m_arr;
    public:
    template<size_t A>
    T& safeAt() { 
        static_assert(A < S, "Index out of bounds");
        return m_arr[A]; 
    }
    // other funcs as needed
};

然后，您可以执行以下操作：

safeArray<int, 5> arr;
cout << arr.safeAt<98>() << endl; // compile error

但是，这可以生成很多函数。大多数时候，如果你的设计是合理的，你就不需要这种类型的检查。

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