Twitter 上で C++ STL の vector に関して評価順序不定ではまっているコードの例が流れていてそこから C 言語における(規格上の)落とし穴に行き着いたのでメモ。

// from http://www.jpcert.or.jp/sc-rules/c-exp35-c.html
#include <stdio.h>

struct X { char a[6]; };

struct X addressee(void) {
  struct X result = { "world" };
  return result;
}

int main(void) {
  printf("Hello, %s!\n", addressee().a);
  return 0;
}

上記コードは C++ では問題ないコードであるが、一方 C99 では未定義動作を含むコードである。理由はJPCERT のページに記述されているが、

一時オブジェクトの生存期間(という説明は C の規格上はされていないが)が次の副作用完了点までだと規定されているからである。この場合 printf 呼び出しの「前」が次の副作用完了点になる。

9899:1999 6.5.2.2 Function calls / 5
(snip) If an attempt is made to modify the result of a function call or to access it after the next sequence point, the behavior is undefined.

一方 C++ では full-expression の最後まで、と規定されているため printf 呼び出し「後」、となり問題がない。

14882:2003 12.2 Temporary objects / 3
(snip) Temporary objects are destroyed as the last step in evaluating the full-expression (1.9) that (lexically) contains the point where they were created. This is true even if that evaluation ends in throwing an exception.

この点は標準化委員会でも認識されている(Lifetime of temporaries)。この文書ではさらに嫌らしい例が挙げられていて

int f()
{
    return 'i';
}

int main()
{
    printf("%c%c!\n", salutation().a[0], f());
    return 0;
}

salutation() と a[0] の間に f() 呼び出しという副作用完了点が入るかもしれないというものである。

これに対して修正提案がされており(Extending the lifetime of temporary objects)、DIS(n1570) では以下のような少々無理矢理感がある記述となっている。

n1570 6.2.4 Storage durations of objects / 8
A non-lvalue expression with structure or union type, where the structure or union contains a member with array type (including, recursively, members of all contained structures and unions) refers to an object with automatic storage duration and temporary lifetime. Its lifetime begins when the expression is evaluated and its initial value is the value of the expression. Its lifetime ends when the evaluation of the containing full expression or full declarator ends. Any attempt to modify an object with temporary lifetime results in undefined behavior.

さて、もう一点補足しておくと、JPCERT のページでは gcc で -std=c99 オプションなしだと落ちるとの記述があるが実はこの問題のせいで落ちているわけではない(未定義動作であることに変わりはないが)。-Wallで出る警告も

eval.c:11: warning: format '%s' expects type 'char *', but argument 2 has type 'char[6]'

と書式指定文字列の不一致に対する警告である。これは配列がポインタに decay されずにそのまま配列として渡されているからだ(6 バイトスタックに積まれている)。この挙動は GCC マニュアルの 6.22 Non-Lvalue Arrays May Have Subscripts にも簡単に記述されている。C99 では右辺値の配列もポインタに decay されるが C89 では左辺値の配列のみに限定されている(らしい。C89 は規格を持っていないので引用できない)。ということで C99 に対応していないはずの VC ではコンパイルされないという挙動が正しいはずである。実際に Comeau C++ では C89/90 モードではコンパイルできずに(error: invalid use of non-lvalue array) C99 モードならばコンパイルできる。