Mac上でg++でコンパイル、実行するとSIGILLが出るコード

はじめに

Mac上でSIGSEGVが出そうなコードをg++でコンパイル、実行するとSIGILLが出たのでメモ。

再現コードはここに置いてある。

現象

• 再現環境¹
  • macOS High Sierra 10.13.3
  • g++ (Homebrew GCC 7.2.0) 7.2.0
  • 3.3 GHz Intel Core i5

以下のコードをg++ -march=native -O3でコンパイル、実行するとSIGILLが出る(a.out)。

test.cpp

//------------------------------------------------------------------------
#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream>
//------------------------------------------------------------------------
#ifdef CASE_C
inline   // if activate this line, a program works
#endif
void func2(int a[81]) {
  int n[6][9][9] = {};
  for (int i = 0; i < 9; i++) {
    int i1 = a[i];
    int i2 = a[i + 9];
    n[0][i1][i2]++;
    n[0][i2][i1]++;
  }
  std::string s1[3];
  for (int j = 0; j < 3; j++) {
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
      s1[j][i] = '0' + n[j][0][i];
    }
  }
}
//------------------------------------------------------------------------
void
func(void){
#ifndef CASE_B
  std::ifstream ifs("test.dat");//with this, the program aborts with SIGILL
#endif
  int a[81];
  func2(a);
}
//------------------------------------------------------------------------
int
main(void) {
  func();
}
//------------------------------------------------------------------------

以下は実行結果

$  g++ -march=native -O3 test.cpp -o a.out
$ ./a.out
zsh: illegal hardware instruction  ./a.out

詳細

• コードの中に全く使われないstd::ifstreamの宣言があるが、これを削除するとSIGILLは出ない(-DCASE_Bをつけてコンパイルするとできるb.out)。
• main関数から二回の関数呼び出しがあるが、最後に呼ばれる関数にinline指定をするとSIGILLがでない(-DCASE_Cをつけてコンパイルするとできるc.out)。
• -march=nativeを外したり、最適化レベルを下げても発生しない。
• clang++では出ない。
• Linuxだと普通にSIGSEGVが出る
• gdbが言うにはaddl $0x1,0x60(%rsp,%rdx,4) で止まっているらしい。普通にアクセス違反っぽいんだけど・・・

疑問点

• SIGSEGVが出るのはわかるけれど、なぜSIGILLが出るんだろう？
• Macのバグなの？GCCのバグなの？

追記

一行で再現するコードを作った。

test.cpp

int main(void) {
  __asm__("movl  $0, 0(%rbp,%rdx,4)");
}

これをデフォルトオプションでコンパイル、実行すると、g++でもclang++でもSIGILLが出る。

$ g++ --version 
g++ (Homebrew GCC 7.2.0) 7.2.0
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
$ g++ test.cpp
$ ./a.out
zsh: illegal hardware instruction  ./a.out

$ clang++ --version 
Apple LLVM version 9.0.0 (clang-900.0.39.2)
Target: x86_64-apple-darwin17.4.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin
$ clang++ test.cpp
$ ./a.out
zsh: illegal hardware instruction  ./a.out

というわけで、

• g++の問題ではない(clang++でも出る)。
• コンパイルオプションや、std::stringやstd::ifstreamの問題ではない(不適切なmovlを出すための条件)
• LinuxではSIGBUSが、Windows (CYGWIN)ではSIGSEGVが出るのに、MacではSIGILLが出る

ということがわかった。

・・・なぜ？

1. 同じバージョンのOS、GCCで、石だけCore i7な環境でも再現した。 ↩