Kopieren von Strukturen mit nicht initialisierten Mitgliedern

Ist es gültig, eine Struktur zu kopieren, deren Mitglieder nicht initialisiert sind?

Ich vermute, dass es sich um ein undefiniertes Verhalten handelt, aber wenn dies der Fall ist, ist es sehr gefährlich, nicht initialisierte Mitglieder in einer Struktur zu belassen (auch wenn diese Mitglieder niemals direkt verwendet werden). Ich frage mich also, ob der Standard etwas enthält, das dies zulässt.

Ist das zum Beispiel gültig?

struct Data {
  int a, b;
};

int main() {
  Data data;
  data.a = 5;
  Data data2 = data;
}

Ja, wenn das nicht initialisierte Element kein vorzeichenloser schmaler Zeichentyp ist oder das std::byteKopieren einer Struktur, die diesen unbestimmten Wert enthält, mit dem implizit definierten Kopierkonstruktor ein technisch undefiniertes Verhalten ist, wie dies beim Kopieren einer Variablen mit einem unbestimmten Wert desselben Typs der Fall ist von [dcl.init] / 12 .

Dies gilt hier, da der implizit generierte Kopierkonstruktor mit Ausnahme von unions so definiert ist, dass jedes Mitglied einzeln wie durch direkte Initialisierung kopiert wird , siehe [class.copy.ctor] / 4 .

Dies ist auch Gegenstand der aktiven CWG-Ausgabe 2264 .

In der Praxis werden Sie damit allerdings kein Problem haben.

Wenn Sie 100% sicher sein möchten, hat die Verwendung std::memcpyimmer ein genau definiertes Verhalten, wenn der Typ trivial kopierbar ist , auch wenn Mitglieder einen unbestimmten Wert haben.

Abgesehen von diesen Problemen sollten Sie Ihre Klassenmitglieder bei der Erstellung ohnehin immer ordnungsgemäß mit einem bestimmten Wert initialisieren, vorausgesetzt, Sie benötigen für die Klasse keinen trivialen Standardkonstruktor . Sie können dies ganz einfach mit der Standard-Syntax für die Elementinitialisierung tun, um z. B. die Elemente mit einem Wert zu initialisieren:

struct Data {
  int a{}, b{};
};

int main() {
  Data data;
  data.a = 5;
  Data data2 = data;
}

Im Allgemeinen ist das Kopieren nicht initialisierter Daten ein undefiniertes Verhalten, da sich diese Daten möglicherweise in einem Überfüllungszustand befinden. Diese Seite zitieren :

Wenn eine Objektdarstellung keinen Wert des Objekttyps darstellt, wird sie als Trap-Darstellung bezeichnet. Der Zugriff auf eine Trap-Darstellung auf eine andere Weise als das Lesen über einen lvalue-Ausdruck des Zeichentyps ist ein undefiniertes Verhalten.

Signalisierungs-NaNs sind für Gleitkommatypen und auf einigen Plattformen Ganzzahlen möglich können Trap - Darstellungen.

Für trivial kopierbare Typen ist es jedoch möglich, memcpydie Rohdarstellung des Objekts zu kopieren. Dies ist sicher, da der Wert des Objekts nicht interpretiert wird und stattdessen die Rohbyte-Sequenz der Objektdarstellung kopiert wird.

In einigen Fällen, wie dem beschriebenen, ermöglicht der C ++ - Standard Compilern, Konstrukte auf die Weise zu verarbeiten, die ihre Kunden am nützlichsten finden, ohne dass das Verhalten vorhersehbar sein muss. Mit anderen Worten, solche Konstrukte rufen "undefiniertes Verhalten" auf. Dies bedeutet jedoch nicht, dass solche Konstrukte "verboten" sein sollen, da der C ++ - Standard ausdrücklich auf die Zuständigkeit darüber verzichtet, was wohlgeformte Programme "dürfen". Obwohl mir kein veröffentlichtes Begründungsdokument für den C ++ - Standard bekannt ist, deutet die Tatsache, dass es undefiniertes Verhalten ähnlich wie C89 beschreibt, darauf hin, dass die beabsichtigte Bedeutung ähnlich ist: "Undefiniertes Verhalten gibt dem Implementierer die Lizenz, bestimmte Programmfehler, die schwierig sind, nicht abzufangen diagnostizieren.

Es gibt viele Situationen, in denen die effizienteste Art, etwas zu verarbeiten, darin besteht, die Teile einer Struktur zu schreiben, um die sich Downstream-Code kümmern wird, während diejenigen weggelassen werden, die Downstream-Code nicht interessieren. Die Forderung, dass Programme alle Mitglieder einer Struktur initialisieren, einschließlich derer, um die sich nichts kümmern wird, würde die Effizienz unnötig beeinträchtigen.

Darüber hinaus gibt es einige Situationen, in denen es möglicherweise am effizientesten ist, wenn sich nicht initialisierte Daten nicht deterministisch verhalten. Zum Beispiel gegeben:

struct q { unsigned char dat[256]; } x,y;

void test(unsigned char *arr, int n)
{
  q temp;
  for (int i=0; i<n; i++)
    temp.dat[arr[i]] = i;
  x=temp;
  y=temp;
}

Wenn sich der nachgelagerte Code nicht um die Werte von Elementen kümmert x.datoder y.datderen Indizes nicht aufgeführt sind arr, kann der Code wie folgt optimiert werden:

void test(unsigned char *arr, int n)
{
  q temp;
  for (int i=0; i<n; i++)
  {
    int it = arr[i];
    x.dat[index] = i;
    y.dat[index] = i;
  }
}

Diese Verbesserung der Effizienz wäre nicht möglich, wenn Programmierer temp.datvor dem Kopieren jedes Element explizit schreiben müssten, einschließlich derjenigen, die sich nicht um die nachgelagerten Elemente kümmern würden.

Andererseits gibt es einige Anwendungen, bei denen es wichtig ist, die Möglichkeit eines Datenverlusts zu vermeiden. In solchen Anwendungen kann es nützlich sein, entweder eine Version des Codes zu haben, die instrumentiert ist, um jeden Versuch abzufangen, nicht initialisierten Speicher zu kopieren, ohne zu berücksichtigen, ob nachgeschalteter Code ihn betrachten würde, oder es könnte nützlich sein, eine Implementierungsgarantie für jeden Speicher zu haben deren Inhalt durchgesickert sein könnte, würde auf Null gesetzt oder auf andere Weise mit nicht vertraulichen Daten überschrieben.

Nach allem, was ich sagen kann, unternimmt der C ++ - Standard keinen Versuch zu sagen, dass eines dieser Verhaltensweisen nützlicher als das andere ist, um eine Mandatierung zu rechtfertigen. Ironischerweise kann dieser Mangel an Spezifikation dazu dienen, die Optimierung zu erleichtern. Wenn Programmierer jedoch keine schwachen Verhaltensgarantien ausnutzen können, werden Optimierungen negiert.

Da alle Mitglieder von Dataprimitiven Typen sind, data2erhalten sie eine exakte "bitweise Kopie" aller Mitglieder von data. Der Wert von data2.bist also genau der gleiche wie der Wert vondata.b . Der genaue Wert von data.bkann jedoch nicht vorhergesagt werden, da Sie ihn nicht explizit initialisiert haben. Dies hängt von den Werten der Bytes in dem Speicherbereich ab, der für die zugewiesen ist data.