Undefined Behavior: What Every Programmer Should Know and Fear

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档详细讨论了程序员应了解和关注的未定义行为（Undefined Behavior, UB）。UB是指程序执行超出设计条件，导致结果不确定，并可能影响整个程序。在C++标准中，UB与未指定行为和实现定义行为有明确区别。文档指出，UB不应被低估或夸大，其危险在于整个程序的结果可能不确定。编译器在优化时会假定UB不会发生，这可能导致不可预测的行为。避免UB的方法包括使用检查工具、定义输入域和进行输入验证。同时，文档提醒不要因为UB在当前环境中可行而忽视其风险。

AI总结

《Undefined Behavior: What Every Programmer Should Know and Fear》文档内容总结：

一、Undefined Behavior（UB）概述
1. 未定义行为（UB）是指程序在违反语言标准或合同约定时的行为，标准对此不做要求。
2. UB的本质：一旦出现UB，整个程序的行为将完全未定义，可能导致不可预测的后果。
3. UB与其他行为的区分：
- **未指定行为（Unspecified Behavior）**：程序的行为在多个可能结果中选择，但结果是明确的。
- **实现定义行为（Implementation-Defined Behavior）**：行为由编译器定义且必须明确文档化。

二、UB的现象与危害
1. UB的表现：当程序接收超出合同范围的输入、未验证输入或基于不再有效的假设操作时，可能触发UB。
2. 对性能的影响：为追求性能，某些前置条件可能难以检查，导致UB的发生。
3. 真实危险：UB可能“污染”整个程序，一旦发生，程序的所有行为都无需遵循标准规范，可能导致严重后果。
4.occus聪明的UB误解：
- 不要高估UB的危险性（如认为UB会引发核导弹发射等），这会导致开发者低估UB的实际风险。
- 不要低估UB的危险性，UB的后果可能是程序完全失控。

三、UB与编译器的关系
1. 编译器的假设：编译器可能基于UB不发生的假设进行优化，如果UB发生，编译器不承担任何责任。
2. UB的污染性：一旦发生UB，整个程序的行为将完全未定义，甚至可能影响编译器的优化逻辑。

四、避免和规避UB的指导
1. 总体原则：
- 将UB视为程序违反合同的行为，应非常重视。
- 在设计程序时，明确输入的合法域并处理超出合法域的输入。
2. 具体建议：
- 使用 sanitizer 和静态分析工具检测UB。
- 避免仅依赖“当前工作”来判断程序的安全性。
- 为用户提供可选的输入验证工具。
3. UB的检测：
- UB的检测往往Difficult，某些UB可能根本不会被检测到。
- 如果UB的代码未执行，则不会导致问题。

五、结束语
1. 关键教训：
- UB的严重性不容忽视。
- 对性能的追求可能以UB为代价。
- 依赖编译器优化可能隐藏UB的风险。
- 构建强健的程序需要严格避免UB。