空std::unique_ptr调用成员函数为何表现不同？是否符合预期？

问题代码 #

class Demo {
   public:
    Demo() {}
    void noSegFault()
    {
        std::cout << "noSegFault" << std::endl;        
    }
    void segFault() {
        std::cout << "Address of data :" << &data << std::endl;
        std::cout << "Before segfault" << std::endl;
        data = 234;
        std::cout << "After segfault" << std::endl;
    }

   private:
    int data{123};
};

int main() {
    std::unique_ptr<Demo> demoPtr{nullptr};
    if (demoPtr == nullptr) {
        std::cout << "demoPtr is null" << std::endl;
    }
    demoPtr->noSegFault();
    demoPtr->segFault();
    return 0;
}

程序输出 #

demoPtr is null
noSegFault
Address of data :0
Before segfault

问题 #

在此场景中，demoPtr被初始化为nullptr。原本以为访问nullptr必然会导致段错误，但程序中可以成功调用noSegFault()方法并看到输出，而调用访问成员变量的segFault()方法时则触发段错误。请问调用不访问成员变量的方法无段错误是否属于预期行为？

解答 #

这种行为本质上属于未定义行为，但实际运行中出现调用无成员访问的方法不触发段错误是常见现象，原因如下：

• 非虚成员函数的调用地址在编译阶段就已确定，不需要通过对象指针（this指针）来动态查找函数地址。
• 调用noSegFault()时，虽然传入的this指针是nullptr，但函数内部既没有访问任何成员变量，也没有使用this指针执行有效操作，因此不会触发内存访问错误。
• 而segFault()中访问了成员变量data，此时需要通过this指针计算成员的内存地址（data的地址为this指针值加上成员的内存偏移量），当this是nullptr时，计算出的地址为0，对0地址执行写入操作就会触发段错误。

需要明确：即便本次调用未崩溃，也绝对不能依赖这种行为——C++标准明确规定通过空指针调用成员函数属于未定义行为，编译器可以做出任何处理（包括崩溃、正常运行甚至执行异常代码）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者goodman