在std::vector的emplace_back中嵌套调用emplace_back是否属于UB？

在向同一std::vector执行emplace_back操作时，若在新元素的构造函数中嵌套调用同一vector的emplace_back添加元素，会出现不同编译器运行结果不一致的情况。以下是最小复现代码：

#include <iostream>
#include <vector>

struct ComplexObject
{
    // for display only
    inline static int cpt {};
    int indice {};

    ComplexObject(std::vector<ComplexObject>& storage, int trick) 
    {
        indice = cpt;
        cpt++;

        if (trick == 0 )
        {
            std::cout << "Creating single Object. Storage size: " << storage.size() << std::endl;
        }
        else
        {
            std::cout << "Creating double Object. Storage size: " << storage.size() << std::endl;
            storage.emplace_back(storage, 0);
            std::cout << "Storage size after double creation : " << storage.size() << std::endl;
        }
    }
};

int main() {
   std::vector<ComplexObject> storage;
    storage.reserve(3); // no realoction

    storage.emplace_back(storage,0);
    std::cout << "_________ size after insert simple : " << storage.size()<<"_________" << std::endl;
    storage.emplace_back(storage,1);
    std::cout << "_________ size after insert double :" << storage.size() << std::endl;

    for (auto& e : storage)
    {
       std::cout << e.indice;
    }
}

预期最后循环输出为012或021，但Clang和GCC运行结果不一致：

Clang输出 #

Creating single Object. Storage size: 0
_________ size after insert simple : 1_________
Creating double Object. Storage size: 1
Creating single Object. Storage size: 1
Storage size after double creation : 2
_________ size after insert double :2
02

GCC输出 #

Creating single Object. Storage size: 0
_________ size after insert simple : 1_________
Creating double Object. Storage size: 1
Creating single Object. Storage size: 1
Storage size after double creation : 2
_________ size after insert double :3
020

两者均出现元素被覆盖的情况，且vector的最终大小存在分歧（推测GCC中最后一个0为垃圾内存）。核心问题：这段代码是否属于未定义行为（UB）？若是，哪部分导致？若不是，哪个编译器存在错误？

解答 #

这段代码确实属于未定义行为，触发原因如下：

根据C++标准，std::vector::emplace_back的执行流程包含三个关键步骤：

1. 确保容器有足够容量（本例中已通过reserve避免扩容，但步骤依然存在）
2. 在容器末尾的内存位置构造新元素
3. 增加容器的size()值

当外层emplace_back正在执行步骤2（即ComplexObject的构造函数运行期间），内层嵌套调用同一个vector的emplace_back，会直接修改容器的状态（完成新元素构造并增加size()）。此时外层emplace_back的执行环境已经被破坏：它原本准备构造元素的内存位置，可能被内层操作占用或覆盖，而容器的size()也在未完成外层操作时被修改。

C++标准明确规定：容器的修改操作（如emplace_back）执行期间，容器处于不稳定状态，此时嵌套调用同一容器的修改操作，其行为是未定义的——标准不保证这种场景下的执行结果，因此不同编译器可以自由实现，最终导致输出不一致。

即使调用了reserve避免扩容，也无法解决核心问题，因为UB的根源并非扩容导致的迭代器失效，而是修改操作过程中嵌套修改容器状态的行为违反了标准约束。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Martin Morterol