c++的Undefined Behavior (UB)有哪些常见形式？ (避免程序崩溃)

UB 是“任何事都可能发生”，包括静默错误、优化异常、删代码等；解引用空/野指针、有符号溢出、越界访问、违反严格别名均属 UB，须用工具检测并从源头规避。

UB 不是“可能崩溃”，而是“任何事都可能发生”——包括看似正常运行、输出错误结果、优化后行为突变，甚至删掉整段代码。想靠“没崩”来判断正确性，等于在雷区里闭眼走路。

解引用空指针或野指针

这是最直觉但高频踩坑的 UB。c++ 标准不保证 nullptr 解引用一定触发 segfault；编译器可能直接假设它不会发生，进而优化掉后续逻辑。

• int* p = nullptr; int x = *p; —— UB，不是“会崩”，而是整个表达式无定义
• int* p = new int(42); delete p; int y = *p; —— 释放后使用（dangling pointer），UB
• 即使加了 if (p != nullptr)，若 p 本身是未初始化的局部指针（如 int* p;），比较前读取 p 就已是 UB

有符号整数溢出

不同于无符号类型（模运算定义明确），int、long 等有符号类型溢出是 UB。Clang/GCC 在 -O2 下可能据此做激进优化。

int x = INT_MAX; x++; // UB —— 编译器可假设此行永不执行，进而删除其后的 if 分支或整个函数调用

• 用 std::add_overflow（C++23）或手动检查边界（如 x > INT_MAX - y）替代直接运算
• unsigned int 溢出是定义良好的，但要注意隐式转换：int a = -1; unsigned b = a; 是实现定义行为，不是 UB，但值可能出乎意料

越界访问数组/容器

哪怕只是读，哪怕只越一个字节，只要超出对象边界，就是 UB。注意 std::vector::at() 会抛异常，但 operator[] 不检查；std::Array 同理。

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• int arr[3] = {}; arr[3] = 0; —— 写越界，UB
• char buf[10]; strcpy(buf, "hello world"); —— 缓冲区溢出，UB
• std::vector v{1,2,3}; int x = v[5]; —— 未定义，不保证 crash，也不保证返回垃圾值；ASan 可捕获，但非 ASan 环境下行为完全不可控

违反严格别名规则（Strict Aliasing）

编译器假定不同类型的指针不会指向同一块内存（char* 除外）。用指针类型转换绕过类型系统，极易触发 UB。

int x = 42; float* f = reinterpret_cast(&x); // ❌ UB float y = *f; // 读取时违反 strict aliasing

• 正确做法：用 memcpy 或 std::bit_cast（C++20）进行类型双关（type punning）
• union 在 C++17 前常被误用作 type punning，但在 C++17 起仅当活跃成员被显式切换时才安全；推荐统一用 std::bit_cast
• 启用 -fno-strict-aliasing 可禁用该优化，但只是掩盖问题，不修复 UB

UB 的危险在于它不报错、不警告、不崩溃——它只是让程序在某个编译器、某次优化、某台机器上突然给出错误答案。用 -fsanitize=undefined（UBSan）、-fsanitize=address（ASan）和 -Wall -Wextra 是底线；真正可靠的防御，是写代码时脑子里始终绷着那根“这个操作标准是否允许”的弦。