Warum sind undefinierte Verhaltensweisen von C-Konstantenausdrücken ausgeschlossen?

Den Ausschluss von undefiniertem Verhalten in konstanten Ausdrücken verstehen

Im C-Standardentwurf spielen konstante Ausdrücke eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Programmkorrektheit. Allerdings gibt es in diesem Bereich eine besondere Ausnahme für undefiniertes Verhalten. Dies wirft Fragen auf: Warum ist dieser Ausschluss notwendig und welche einzigartigen Funktionen bietet er?

Wesen des Ausschlusses

Definieren eines konstanten Ausdrucks, Abschnitt 5.19.2 von Der Standardentwurf sieht vor, dass bestimmte Operationen mit potenziell undefiniertem Verhalten als Unterausdruckskomponenten verboten sind. Dazu gehören vorzeichenbehafteter Ganzzahlüberlauf, bestimmte Zeigerarithmetik, Division durch Null und bestimmte Schiebeoperationen.

Dieser Ausschluss ergibt sich aus der Anforderung, dass konstante Ausdrücke mathematisch klar definierte Ergebnisse innerhalb des darstellbaren Wertebereichs für ihre Datentypen liefern müssen. Wenn ein Vorgang ein inhärentes Risiko undefinierten Verhaltens birgt, kann er diese Anforderung nicht erfüllen, sodass sein Ausschluss erforderlich ist, um die Integrität konstanter Ausdrücke aufrechtzuerhalten.

Vorteile des Ausschlusses

Der Ausschluss von undefiniertem Verhalten in konstanten Ausdrücken bietet mehrere Vorteile:

• Kompilierungszeit Erkennung: Konstante Ausdrücke werden zur Kompilierungszeit ausgewertet. Dieser Ausschluss stellt sicher, dass jedes undefinierte Verhalten, das mit einem konstanten Ausdruck verbunden ist, während der Kompilierung erkannt und gemeldet wird.
• Korrektheitsüberprüfung: Indem der Compiler undefiniertes Verhalten in konstanten Ausdrücken nicht zulässt, kann er die mathematische Korrektheit von garantieren Diese Ausdrücke verbessern die Gesamtzuverlässigkeit des Programms und verringern das Potenzial für Laufzeitfehler.

Praktisch Anwendungen

Durch die Ausnutzung des Ausschlusses können Entwickler SFINAE nutzen, um zu erkennen, ob ein Additionsausdruck einen Überlauf auslösen könnte. Beispielsweise demonstriert der folgende Code, der von einer von dyp vorgeschlagenen Lösung inspiriert ist, diese Technik:

template <typename T1, typename T2>
struct addIsDefined
{
    template <T1 t1, T2 t2>
    static constexpr bool isDefined()
    {
        return isDefinedHelper<t1, t2>(0);
    }

    template <T1 t1, T2 t2, decltype(t1 + t2) result = t1 + t2>
    static constexpr bool isDefinedHelper(int)
    {
        return true;
    }

    template <T1 t1, T2 t2>
    static constexpr bool isDefinedHelper(...)
    {
        return false;
    }
};

Dieses Konstrukt ermöglicht es Entwicklern effektiv, potenzielle Überläufe zur Kompilierungszeit zu erkennen und so die Codesicherheit zu erhöhen.

Hinweis auf eine umfassendere Absicht

Während der Wortlaut von Abschnitt 5.19.2 die Erkennung von Undefinierten nicht ausdrücklich vorschreibt Verhalten in konstanten Ausdrücken, Ausgabe 695 (Berechnungsfehler bei der Kompilierung in constexpr-Funktionen) bietet Einblick in die Absicht des Ausschusses. Dieses Problem legt nahe, dass undefiniertes Verhalten in konstanten Ausdrücken zu einem nicht konstanten Ausdruck führen sollte, wobei sich jede nachfolgende Diagnose aus der Verwendung in Kontexten ergibt, die einen konstanten Ausdruck erfordern.

Schlussfolgerung

Der Ausschluss undefinierten Verhaltens aus konstanten Ausdrücken spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Programmkorrektheit und der Erleichterung zuverlässiger Codes. Dieser Ausschluss ermöglicht es Compilern, undefiniertes Verhalten während der Kompilierung zu erkennen und zu korrigieren, und ermöglicht Entwicklern die Verwendung von SFINAE zur Überlauferkennung. Das Verständnis dieses Ausschlusses und seiner Auswirkungen auf konstante Ausdrücke ist für die Verbesserung der Codesicherheit und die Gewährleistung einer robusten Softwareentwicklung von entscheidender Bedeutung.

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