g++ 编译⚠️returning reference to local temporary object 但是运行依然得到预期结果？

[chuanqirenwu]

代码来自 C++ templates 第二版:

#include <cstring>
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// maximum of two values of any type (call-by-reference)
template <typename T>
T const &max(T const &a, T const &b)
{
    cout << "T const &max(T const &a, T const &b) called" << endl;
    return b < a ? a : b;
}

// maximum of two C-strings (call-by-value)
char const *max(char const *a, char const *b)
{
    cout << "char const *max(char const *a, char const *b) called" << endl;
    cout << a << endl;
    cout << b << endl;
    return std::strcmp(b, a) < 0 ? a : b;
}

// maximum of three values of any type (call-by-reference)
template <typename T>
T const &max(T const &a, T const &b, T const &c)
{
    return max(max(a, b), c); // error if max(a,b) uses call-by-value
}

int main()
{
    char const *s1 = "frederic";
    char const *s2 = "anica";
    char const *s3 = "lucas";
    auto m2 = ::max(s1, s2, s3); // run-time ERROR
    //!!! m2 已经是一个 dangling reference ，但是仍然得到预期结果？
    cout << m2 << endl;
}

不理解的地方在最后一行，m2 已经是一个 dangling reference ，但是为什么输出仍然得到预期结果？

编译使用的是 g++：

$ g++ --version
Configured with: --prefix=/Library/Developer/CommandLineTools/usr --with-gxx-include-dir=/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/c++/4.2.1
Apple clang version 12.0.0 (clang-1200.0.31.1)
Target: x86_64-apple-darwin21.1.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin

编译输出：

$ g++ test2.cpp -o test2 -std=c++11    
test2.cpp:28:12: warning: returning reference to local temporary object [-Wreturn-stack-address]
    return max(max(a, b), c); // error if max(a,b) uses call-by-value
           ^~~~~~~~~~~~~~~~~
test2.cpp:36:17: note: in instantiation of function template specialization 'max<const char *>' requested here
    auto m2 = ::max(s1, s2, s3); // run-time ERROR
                ^
1 warning generated.

运行结果：

char const *max(char const *a, char const *b) called
frederic
anica

char const *max(char const *a, char const *b) called
frederic
lucas

lucas

[nightwitch]

undefined behaviour
可能出现任意的结果

[chuanqirenwu]

@nightwitch 意思是 g++ 下将这个 undefined behavior 定义成了最接近预期结果的 behavior 吗？从运行结果来看，就是得到的预期的输出：lucas

[nightwitch]

ub 的结果是不能预测的。
也许你在多写几行或者换个编译参数他结果就变了。
不用去深究它，也不要依赖你观察到的表现

[macrorules]

@nightwitch 怎么看出是 UB 啊？

[nightwitch]

@macrorules
https://en.cppreference.com/w/cpp/language/reference
翻到最下面 “Accessing such a reference is undefined behavior. ”

[macrorules]

如果你把 lucas 改成 eucas ，就会报错，因为 max(a, b) 的结果是一个临时变量，调用栈收缩之后就没了

[chuanqirenwu]

@macrorules max(max(a, b), c) 整个返回应该都是临时变量，因此跟参数的值应该没有关系。

[icylogic]

https://godbolt.org/z/PbMf5Ps8K

a temporary bound to a return value of a function in a return statement is not extended: it is destroyed immediately at the end of the return expression. Such return statement always returns a dangling reference.

[yanqiyu]

就算返回了临时变量的引用，但是也不意味着临时变量引用对应的地址会挪作他用，一般来说紧接着就用了而未进行压栈也大概率展示用不到

[phiysng]

@chuanqirenwu 未定义就是真的未定义，不存在`定义成了最接近预期结果的 behavior `

[FrankHB]

能运行也是 UB 的一种。
但是应该强调，返回临时变量的引用不一定就 UB ，这里只有限定返回局部自动对象的引用时才是。否则，这会显著干扰一些问题的理解，例如：
https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=67795

[FrankHB]

@FrankHB 修正：返回非静态存储期的临时对象的引用。
和 @nightwitch 指出的来源一样，返回自动对象的引用是悬空引用。这里的自动对象是一个被声明的局部变量。
但是仔细看了下，OP 的代码中并不是这种情况。
问题出在 max(max(a, b), c)返回的是 const char*类型的右值，通过 temporary materialization conversion 初始化一个临时对象并初始化 T const&[T=const char*]类型的返回值，在 return 外临时对象被销毁，所以返回悬空引用。
注意这不涉及 C++意义上的变量。使用 g++时，中文警告[-Wreturn-local-addr]会把它叫做“临时变量”，这是技术上错的；而原文 returning reference to temporary 是对的，虽然过时（ ISO C++17 前就直接叫 temporary ，不叫 temporary object ）。
注意这里实际上用的是软链接过去的 Apple clang++，警告的选项不一样。
因为不是被声明变量，所以说 local （指的是作用域）也是技术上错的。
OP 的注释也是错的，悬空引用是=右边的部分；而被声明的变量 m2 就不是引用，因为用的是 auto 而不是 auto&。

[chuanqirenwu]

@FrankHB 谢谢！还是不理解，为什么说 m2 不是引用呢？返回类型不是 `T const &` 吗？

[FrankHB]

@chuanqirenwu 声明的类型通过初值符的类型推断，不保证相同。和在函数模板的参数列表里写不带&的参数类型规则相同，占位符不会被推断为引用类型，于是声明的 m2 不是引用类型的变量。如果要保留引用，可以 auto&或 auto&&之类。
http://www.eel.is/c++draft/dcl.spec.auto#dcl.type.auto.deduct-3