调用std::vector的push_back后使用指向它的std::span是否属于未定义行为

提问内容 #

我对std::span的理解是，它本质上包含指向容器的指针、长度，以及若干实用的成员函数。

template<typename T>
class SimpleSpan {
    T* ptr;
    size_t length;
    // some member functions
}

我可以参考相关方法从std::vector获取对应的span。
如果我向vector末尾添加元素，vector可能需要扩容，扩容时会执行以下步骤（顺序不固定）：

• 在堆上分配空间更大的新数组。
• 将vector中的原有元素移动到新数组中。
• 将vector中指向内部数组的ptr成员更新为新数组的起始地址。
• 释放旧数组的内存空间。

若vector的内部数组需要重新分配扩容，此前创建的指向该vector的span会受到什么影响？调用vector的push_back方法后，再使用指向该vector的std::span是否属于未定义行为？

回答 #

只要vector触发了扩容操作，此前创建的对应span就会完全失效，继续访问属于未定义行为。

原因很简单：std::span本身只是一个无所有权的视图类，内部仅存储了指向数据源首地址的裸指针和长度数值，不会感知也不会同步源容器的内存变动。
你列出的vector扩容流程是完全正确的，扩容完成后旧数组的内存会被释放，之前从旧数组创建的span内部存储的指针就变成了悬空指针，此时对span的任何读写操作本质都是访问非法内存，符合C++标准定义的未定义行为，可能出现读脏数据、程序崩溃、逻辑异常等各种不可预期的结果。

只有一种例外情况：如果调用push_back时vector的剩余容量足够（即size() < capacity()），此时不会触发扩容，vector内部数组的首地址没有变化，原有span可以正常使用。但非常不建议依赖这个特性，只要后续有任意一次push_back触发了扩容，旧span就会直接失效，极难排查问题。

最佳实践是不要长期持有对应std::vector的span，每次需要使用时临时创建即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user542101