एक अस्पष्ट व्यवहार का एक अध्ययन

परिचय

• अनिश्चित व्यवहार संभव परिणाम की अमूर्तता के कारण पर्याप्त खतरनाक नहीं लग सकता है;
• यह हमेशा स्पष्ट नहीं होता है कि रेखा कहां है

मानक पढ़ें

6.6.3 रिटर्न स्टेटमेंट
...
किसी फंक्शन के अंत में फ्लो करना बिना मूल्य के रिटर्न के बराबर है; इसके परिणामस्वरूप
मान-लौटाने वाले फ़ंक्शन में अपरिभाषित व्यवहार होता है।
...

किसी फ़ंक्शन के अंत तक पहुंचना रिटर्न वैल्यू के बिना रिटर्न के बराबर है; ऐसे फ़ंक्शन के लिए जिसका रिटर्न मान प्रदान किया गया है, यह अपरिभाषित व्यवहार की ओर जाता है।

9.6.3 रिटर्न स्टेटमेंट
...
एक कंस्ट्रक्टर, एक विध्वंसक, या cv शून्य रिटर्न प्रकार के साथ एक फ़ंक्शन के अंत में फ़्लो करना बिना ऑपरेंड वाले रिटर्न के बराबर है। अन्यथा, मुख्य (6.8.3.1) के अलावा किसी फ़ंक्शन के अंत में बहने से अपरिभाषित व्यवहार होता है।
...

एक निर्माता, विध्वंसक, या फ़ंक्शन के अंत में शून्य रिटर्न मान (संभवत: कॉन्स्ट और वाष्पशील क्वालिफायर के साथ) तक पहुंचना रिटर्न वैल्यू के बिना वापसी के बराबर है। अन्य सभी कार्यों के लिए, यह अपरिभाषित व्यवहार की ओर जाता है (मुख्य कार्य को छोड़कर)।

• इसका निष्पादन उचित प्रकार के उदाहरण के साथ रिटर्न स्टेटमेंट के साथ समाप्त होना चाहिए;
• अन्यथा, अस्पष्ट व्यवहार;
• अपरिभाषित व्यवहार उस क्षण से शुरू नहीं होता है जिसे फ़ंक्शन कहा जाता है और उस क्षण से नहीं जब से लौटाए गए मान का उपयोग किया जाता है, लेकिन जिस क्षण से फ़ंक्शन ठीक से पूरा नहीं होता है;
• यदि फ़ंक्शन में सही और गलत निष्पादन पथ दोनों हैं - अपरिभाषित व्यवहार केवल गलत रास्तों पर होगा;
• प्रश्न में अपरिभाषित व्यवहार फ़ंक्शन के शरीर में निहित निर्देशों के निष्पादन को प्रभावित नहीं करता है।

उदाहरण 1 - बूल

#include <iostream>

bool bad() {};

int main()
{
    std::cout << bad();

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

bool bad()
{
    if (rand() == 0) {
        return true;
    }
}

int main()
{
    std::cout << bad();

    return 0;
}

लिनक्स x86-x64 क्लैंग 10.0.0, -O0

UD2—Undefined Instruction
Generates an invalid opcode exception. This instruction is provided for software testing to explicitly generate an invalid opcode exception. The opcode for this instruction is reserved for this purpose.
Other than raising the invalid opcode exception, this instruction has no effect on processor state or memory.

Even though it is the execution of the UD2 instruction that causes the invalid opcode exception, the instruction pointer saved by delivery of the exception references the UD2 instruction (and not the following instruction).

This instruction’s operation is the same in non-64-bit modes and 64-bit mode.

लिनक्स x86-x64 क्लैंग 10.0.0, -O1, -O2

लिनक्स x86-x64 gcc 9.3, -O0

लिनक्स x86-x64 gcc 9.3, -O1, -O2, -O3

macOs X Apple क्लैंग संस्करण 11.0.0, -O0

macOs X Apple क्लैंग वर्जन 11.0.0, -O1, -O2

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, उन्नत उदाहरण, / Od

विंडोज MSVC 2019 16.5.4 जटिल उदाहरण, / O1, / O2

• [rsp + 30h] पर स्थित स्मृति से ईबेक्स से एक बाइट कॉपी करता है;
• अगर रैंड () शून्य वापस आया, तो ईएक्सएक्स से ईबेक्स (पंक्ति 11) तक यूनिट की प्रतिलिपि बनाएँ;
• उसी मान को dl पर कॉपी करता है (अधिक सटीक रूप से, इसके कम से कम महत्वपूर्ण बाइट) (पंक्ति 13);
• स्ट्रीम में आउटपुट फ़ंक्शन को कॉल करता है, जो dl वैल्यू (लाइन 14) को आउटपुट करता है।

उदाहरण 1 का निष्कर्ष

उदाहरण 1 ए - अपरिभाषित व्यवहार का प्रबंधन

लिनक्स x86-x64 gcc 9.3, -O0

#include <iostream>

bool bad() {}

bool goodTrue()
{
    return rand();
}

bool goodFalse()
{
    return !goodTrue();
}

unsigned char goodChar(unsigned char ch)
{
    return ch;
}

int main()
{
    goodTrue();
    std::cout << bad() << std::endl;

    goodChar(85);
    std::cout << bad() << std::endl;

    goodFalse();
    std::cout << bad() << std::endl;

    goodChar(240);
    std::cout << bad() << std::endl;

    return 0;
}

१
0५
०
२४०

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, / Od

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

void control(unsigned char value)
{
    uint32_t count = 0;
    srand(0);
    while ((rand() & 0xff) != value) {
        ++count;
    }

    srand(0);
    for (uint32_t i = 0; i < count; ++i) {
        rand();
    }
}

bool bad()
{
    if (rand() == 0) {
        return true;
    }
}

int main()
{
    control(1);
    std::cout << bad() << std::endl;

    control(85);
    std::cout << bad() << std::endl;

    control(0);
    std::cout << bad() << std::endl;

    control(240);
    std::cout << bad() << std::endl;

    return 0;
}

१
0५
०
२४०

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, / O1, / O2

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

bool bad()
{
  if (rand() == 0) {
    return true;
  }
}

int main()
{
  volatile unsigned char ch = 1;
  std::cout << bad() << std::endl;

  ch = 85;
  std::cout << bad() << std::endl;

  ch = 0;
  std::cout << bad() << std::endl;

  ch = 240;
  std::cout << bad() << std::endl;

  return 0;
}

१
0५
०
२४०

macOs X Apple क्लैंग संस्करण 11.0.0, -O0

#include <iostream>

bool bad() {}

void putToStack(uint8_t value)
{
    uint8_t memory[1]{value};
}

int main()
{
    putToStack(20);
    std::cout << bad() << std::endl;

    putToStack(55);
    std::cout << bad() << std::endl;

    putToStack(0xfe);
    std::cout << bad() << std::endl;

    putToStack(11);
    std::cout << bad() << std::endl;

    return 0;
}

०
१
०
१

उदाहरण 1a का निष्कर्ष

उदाहरण 1 बी - टूटी हुई बूल

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, / Od

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <set>
#include <unordered_set>

bool bad()
{
    if (rand() == 0) {
        return true;
    }
}

int main()
{
    bool badBool1 = bad();
    bool badBool2 = bad();

    std::cout << "badBool1: " << badBool1 << std::endl;
    std::cout << "badBool2: " << badBool2 << std::endl;

    if (badBool1) {
      std::cout << "if (badBool1): true" << std::endl;
    } else {
      std::cout << "if (badBool1): false" << std::endl;
    }
    if (!badBool1) {
      std::cout << "if (!badBool1): true" << std::endl;
    } else {
      std::cout << "if (!badBool1): false" << std::endl;
    }

    std::cout << "(badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool2): "
              << std::boolalpha << (badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool2)
              << std::endl;
    std::cout << "std::set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size(): "
              << std::set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size()
              << std::endl;
    std::cout << "std::unordered_set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size(): "
              << std::unordered_set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size()
              << std::endl;

    return 0;
}

badBool1: 41
badBool2: 35
if (badBool1): true
if (badBool1): मिथ्या
(badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool1): false
std :: set <bool> {badBool1 || badBool2 , सच्चा, गलत} .साइज़ (): 4
std :: unordered_set <bool> {badBool1, badBool2, true, false} (.size): 4

• बूलियन मूल्यों के लिए तुलना ऑपरेटरों;
• बूलियन मूल्य का हैश फ़ंक्शन।

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, / O1, / O2

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <set>
#include <unordered_set>

bool bad()
{
  if (rand() == 0) {
    return true;
  }
}

int main()
{
  volatile unsigned char ch = 213;
  bool badBool1 = bad();
  ch = 137;
  bool badBool2 = bad();

  std::cout << "badBool1: " << badBool1 << std::endl;
  std::cout << "badBool2: " << badBool2 << std::endl;

  if (badBool1) {
    std::cout << "if (badBool1): true" << std::endl;
  }
  else {
    std::cout << "if (badBool1): false" << std::endl;
  }
  if (!badBool1) {
    std::cout << "if (!badBool1): true" << std::endl;
  }
  else {
    std::cout << "if (!badBool1): false" << std::endl;
  }

  std::cout << "(badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool2): "
    << std::boolalpha << (badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool2)
    << std::endl;
  std::cout << "std::set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size(): "
    << std::set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size()
    << std::endl;
  std::cout << "std::unordered_set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size(): "
    << std::unordered_set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size()
    << std::endl;

  return 0;
}

badBool1: 213
badBool2: 137
if (badBool1): true
if ((badBool1): false
(badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool1): false
std :: set <bool> {badBool2 || badBool2 , सही, गलत} .साइज़ (): 4
std :: unordered_set <bool> {badBool1, badBool2, true, false} (.size): 4

लिनक्स x86-x64 gcc 9.3, -O0

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <set>
#include <unordered_set>

bool bad()
{
}

unsigned char goodChar(unsigned char ch)
{
  return ch;
}

int main()
{
  goodChar(213);
  bool badBool1 = bad();

  goodChar(137);
  bool badBool2 = bad();

  std::cout << "badBool1: " << badBool1 << std::endl;
  std::cout << "badBool2: " << badBool2 << std::endl;

  if (badBool1) {
    std::cout << "if (badBool1): true" << std::endl;
  }
  else {
    std::cout << "if (badBool1): false" << std::endl;
  }
  if (!badBool1) {
    std::cout << "if (!badBool1): true" << std::endl;
  }
  else {
    std::cout << "if (!badBool1): false" << std::endl;
  }

  std::cout << "(badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool2): "
    << std::boolalpha << (badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool2)
    << std::endl;
  std::cout << "std::set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size(): "
    << std::set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size()
    << std::endl;
  std::cout << "std::unordered_set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size(): "
    << std::unordered_set<bool>{badBool1, badBool2, true, false}.size()
    << std::endl;

  return 0;
}

badBool1: 213
badBool2: 137
if (badBool1): true
if ((badBool1): true
(badBool1 == true || badBool1 == false || badBool1 == badBool1): false
std :: set <bool> {badBool2 || badBool2 , सही, गलत} .साइज़ (): 4
std :: unordered_set <bool> {badBool1, badBool2, true, false} (.size): 4

उदाहरण 1 बी का निष्कर्ष

उदाहरण 2 - संरचना

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

struct Test
{
    Test(uint64_t v)
        : value(v)
    {
        std::cout << "Test::Test(" << v << ")" << std::endl;
    }
    ~Test()
    {
        std::cout << "Test::~Test()" << std::endl;
    }

    uint64_t value;
};

Test bad(int v)
{
    if (v == 0) {
        return {42};
    } else if (v == 1) {
        return {142};
    }
}

int main()
{
    const auto rnd = rand();
    std::cout << "rnd: " << rnd << std::endl;

    std::cout << bad(rnd).value << std::endl;

    return 0;
}

• कुछ मामलों में, निर्माता को बुलाए बिना निष्पादन जारी रहा - इस मामले में, वस्तु कुछ यादृच्छिक अवस्था में थी;
• अन्य मामलों में, निष्पादन पथ पर एक कंस्ट्रक्टर कॉल प्रदान नहीं किया गया था, जो कि अजीब है।

लिनक्स x86-x64 क्लैंग 10.0.0, -O1, -O2

• अगर दूसरी शर्त सही है - आपको तर्क के साथ कंस्ट्रक्टर टेस्ट को 142 पर कॉल करना होगा;
• यदि दूसरी शर्त सही नहीं है, तो फ़ंक्शन बिना मान लौटाए बिना बाहर निकल जाएगा, जिसका अर्थ अपरिभाषित व्यवहार है जिसमें कंपाइलर कुछ भी कर सकता है। सहित - एक ही तर्क के साथ एक ही निर्माता को बुलाओ;
• सत्यापन अतिश्योक्तिपूर्ण है, तर्क के साथ टेस्ट कंस्ट्रक्टर 142 को स्थिति की जांच के बिना बुलाया जा सकता है।

Test bad(int v)
{
    if (v == 0) {
        return {42};
    } else if (v == rand()) {
        return {142};
    }
}

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

struct Test
{
    Test(uint64_t v)
        : value(v)
    {
        std::cout << "Test::Test(" << v << ")" << std::endl;
    }
    ~Test()
    {
        std::cout << "Test::~Test()" << std::endl;
    }

    uint64_t value;
};

Test bad(int v)
{
    if (v == 0) {
        return {42};
    } else if (v == rand()) {
        return {142};
    }
}

int main()
{
    const auto rnd = rand();
    std::cout << "rnd: " << rnd << std::endl;

    std::cout << bad(rnd).value << std::endl;

    return 0;
}

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, / Od / RTCs

• एक चर में भरना जिसका पता आरसीएक्स रजिस्टर से गुजरता है (यहां हम आरवीओ को कार्रवाई में देखते हैं);
• rax रजिस्टर के माध्यम से इस चर का पता लौटाना।

• ईएक्सएक्स में, मान 0xCCCCCCCC दर्ज किया गया है, जिसे हमने एक्सेस उल्लंघन संदेश (लाइन 9) में देखा था (ध्यान दें कि केवल 4 बाइट्स, जबकि एक्सेसविलेशन संदेश में पता 8 बाइट्स शामिल हैं);
• रेप स्टोस कमांड को कहा जाता है, पता रेदी (लाइन 10) से शुरू होने वाली मेमोरी को ईएक्स की सामग्री लिखने के 0xC चक्र को निष्पादित करना। ये 48 बाइट्स हैं - लाइन 6 में स्टैक पर जितना आवंटित किया जाता है;
• सही निष्पादन पथों पर, rsp + 40h से मान rax में प्रविष्ट किया जाता है (लाइनें 23, 36);
• आरसीएक्स रजिस्टर (जिसके माध्यम से मुख्य () गंतव्य पते को पारित किया गया है) के मूल्य को rsp + 8 (लाइन) पर स्टैक पर धकेल दिया जाता है;
• स्टैक पर रडी को धकेल दिया जाता है, जो 8 (पंक्ति 5) से आरएसपी को कम करता है;
• 30 h बाइट्स को rsp (पंक्ति 6) को घटाकर स्टैक पर आवंटित किया जाता है।

• पते के ऊपरी भाग में शून्य - कोई भी कचरा हो सकता है;
• पता गलती से गलत हो गया।

उदाहरण 2 ए

विंडोज MSVC 2019 16.5.4, / Od / RTCs

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

struct Test
{
    Test(uint64_t v)
        : value(v)
    {
        std::cout << "Test::Test(" << v << ")" << std::endl;
    }
    ~Test()
    {
        std::cout << "Test::~Test()" << std::endl;
    }

    uint64_t value;
};

Test bad(int v)
{
  std::cout << "rnd: " << v << std::endl;
  
  if (v == 0) {
        return {42};
    } else if (v == 1) {
        return {142};
    }
}

int main()
{
    const auto rnd = rand();

    std::cout << bad(rnd).value << std::endl;

    return 0;
}

रेंड : 41 8791039331928
टेस्ट :: ~ टेस्ट ()

निष्कर्ष

• अनिश्चित व्यवहार के 10 अलग-अलग अभिव्यक्तियों को इकट्ठा करें;
• इन विकल्पों को कैसे निष्पादित किया जाएगा, इसके बारे में विस्तार से जानें।