CombNaf 3 - Final で発表したスライドです。 触りだけです。

1. コードに潜む
C++の未定義動作達
Azaika

2. 自己紹介
▪ Az(@azaika_)です
▪ 普段は競プロをしたりC++をしたりしています
▪ Siv3Dというゲーム開発ライブラリの話もしています
▪ 「『Rustやりたい』と言いながらやらない会」名誉会員

3. C++の特徴
▪ C言語を発展させて別物にした言語
▪ C言語と後方互換性がある
▪ メタクソに速い
▪ 言語仕様が膨大
▪ 未定義動作、未規定動作、実装依存動作が多い
▪ 今回はこれらを紹介

4. 用語の意味
▪ 未定義動作
▪ 規格で「実行したらどういう結果になっても良い」とされている操作
▪ コードとして通常違法
▪ 未規定動作
▪ 「処理系が適当に動作を定めても良い」 (一貫する必要なし)
▪ コードとしては違法でない(ココ怪しい)
▪ 処理系定義動作
▪ 「処理系が動作を決めてもよいが、一貫している必要がある」

5. 未定義動作が起こると
▪ 未定義動作が起こる場合、コンパイラはどんなコードを生成しても良い
 これを利用した最適化がかけられる場合がある
• もし未定義動作を起こすコードを書くと…
1. コードが意図しない動作に書き換えられたり
2. 突然変な場所でセグフォったり
3. 挙句の果てにタイムスリップしたりする
▪ 詳しくは割愛

6. 気をつけたいシリーズ

7. 配列外参照
▪ よく周知された未定義動作
▪ もちろん初手で arr[4] を参照して死ぬ
▪ 初心者から慣れてる人までやらかしがち

8. 配列外参照 おまけ
▪ 本当はC++11時点でこう書けるようになるはずだった
▪ 結局色々ゴタゴタがあって採択されず、C++17でも取り入れられていない

9. ぬるぽ
▪ 以下のコードはもちろん違法(未定義動作)
▪ ヌルポインタの中身を参照するのはNG
▪ 簡単な例なら皆意識できる

10. ぬるぽ
▪ ところが下の例の事はよくやりがち
▪ f(nullptr) で死ぬ
▪ きちんと場合分けを入れて対策しよう

11. ぬるぽ おまけ
▪ どうすればこのようなミスを防げるか
 参照を使おう！
• ポインタ的操作が要らず無効値を表現する必要がないならこれで良い
• C++17 では無効値を表現できる std::optional というのが出来た

12. オーバーフロー
▪ ときと場合によっては次のようなコードにも注意がいる
▪ f() の戻り値がほぼ INT_MAX (通常231 − 1付近)の場合オーバーフローする
▪ 実は符号付き整数のオーバーフローは未定義動作となる
▪ 符号なし整数は最大値 + 1で割った余りになるのが保証されている

13. 参照の寿命切れ
▪ 下のようなコードを書いたとする
▪ このコードは未定義動作を引き起こす可能性がある

14. 参照の寿命切れ
▪ std::vector は通常配列のサイズより少し多めのメモリを確保している
▪ ところが要素を追加して、配列のサイズが確保しているサイズを超えると…？
 更に大きな連続するメモリサイズを確保して、配列の中身を丸ごと移動する
 俗に言う再配置
 この時、配列の要素を指すポインタ/参照は全て無効になる

15. 参照の寿命切れ
▪ 更に range-based for を展開すると大体こんな感じになっている
▪ it の型は std::vector<int>::iterator
▪ iterator はポインタみたいなものであり再配置で無効化される
▪ 無効化された iterator の中身を参照しているのでもちろん未定義動作

16. 参照の寿命切れ
▪ この例は vector::reserve() 関数を適切に使用することで回避できる
▪ こういった一見わからない参照死は多い
▪ 未定義動作の中でも有数の再現性のないバグを引き起こすので注意しよう

17. 終わりに
▪ 今回紹介したのは色々あるうちの一部
▪ 詳しい例とか聞きたい人は後で来ていただけると嬉しい
▪ C++は泥臭い部分もあるけど、言われてるほど悪い言語ではない
▪ 皆も気をつけながら楽しいC++！
▪ もしくはRustやって僕に教えて

18. ご清聴ありがとうございました