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アドレス演算　C言語

Last updated at 2024-09-15Posted at 2018-03-25

目的(purpose)

　この資料の目的は、国際規格・日本工業規格の内容の理解ではなく、
処理系の振る舞いを理解し、結果としてプログラマの意図通りに、
作ったプログラムが動作するかどうかの確からしさを向上させることにある。

<この項は書きかけです。順次追記します。>

成果(outcome)

　複数のプログラムを複数の処理系で処理することにより、
プログラマの意図が、特定の処理系の範囲内での実現を目指しているか、
複数の処理系で動作する可搬性を目指しているかの区分を明確にできること。

　特定の処理系の範囲内での実現を目指したプログラムを、
誤って別の処理系で翻訳して、プログラマの意図しない動作をさせないこと。

任意のデータ（意図しないデータを含む）に対する処理が、プログラマの意図した範囲に収めることができるかどうかを確かめること。

前提(assumption)

C言語のソースコードは、複数の処理系でコンパイルし、実行して、その実行結果を含めて検討する。

C Puzzle Bookの有り難み5つ、

C言語規格及びCコンパイラの特性を認識
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d89a48c1536a02ecdec9

「Cプログラミングの落とし穴」では、危ないプログラム例、その断片を示している。
「C Puzzle Book」では、コンパイルして実行し出力した結果で比較をしている。
差は、頭の中で仮想的に考えていることが、出力までの間にどう変わっているか、最後まで確認できるかどうか。

本文

関係演算子と等価演算子
https://qiita.com/yz2cm/items/6bd80e3409ac49e57b09
から引用させていただきます。

正しいコード（C90）

int n;
&n > &n+1;    /* 正しい：関係演算子・等価演算子では、配列型以外へのポインタは「長さ1の配列」として考える */

「関係演算子と等価演算子」の話題ではないように見受けられる。
アドレス演算とその演算結果の比較。

アドレスを+1する演算があるのは、デバイスドライバか、OSかもしれない。

上のコードの断片を意味のある出力にするまでを試して、何の演算をしているかを確かめる。

機材・処理系

機材

CPU: intel core i5

アドレス値は8bit毎。32bitの変数値が入っていると、次の変数のアドレスは４先。

16/32/64bit毎にアドレスがついているCPU/Memoryがあるかどうか未調査。

OS:macOS 10.13.3

ASLR(

Address Space Layout Randomization)
https://pax.grsecurity.net/docs/aslr.txt

"macOS brings ASLR to the memory used by the kernel at the heart of the operating system, so the same defences work at every level in your Mac."
https://www.apple.com/in/macos/security/

下記出力上の値が毎回変わる。
注目しているのは演算による差。例えば、１か４か。

課題

ASLR に関するPax Teamの更新がない。
https://pax.grsecurity.net

Linux Standard Base等OSの標準にASLRの記述が見当たっていない。
https://refspecs.linuxfoundation.org/lsb.shtml

備忘録

OSによるメモリ保護、データの暗号化、抽象データ型による隠蔽とASLR技術との関係を示す資料が見つけれていない。

80286以降のメモリ管理機能が理解できず、コンパイラの記述から30年近く離れており現状に追いつけていない。

ASLR on Qiita

ASLRとKASLRの概要
https://qiita.com/satoru_takeuchi/items/5c80c4e255e21c5b4b8a

katagaitai CTF勉強会の宿題
https://qiita.com/kusano_k/items/ce48945f9ee8763edd1c

C++のメモリーの話とストレージの有効期間の話をしようか
https://qiita.com/yumetodo/items/067b2db266ae0779f030

Linux: mallocで返されるアドレスを固定する
https://qiita.com/aosho235/items/852d88518f1709741d30

処理系

$ clang --version
clang version 6.0.0 (tags/RELEASE_600/final)
Target: x86_64-apple-darwin17.4.0
Thread model: posix InstalledDir: /usr/local/opt/llvm/bin
$ gcc-7 --version
gcc-7 (Homebrew GCC 7.3.0_1) 7.3.0
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  
There is NOwarranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

shell script

vc.sh

#!/bin/sh
echo "clang $1.c"
cc $1.c -o $1l
./$1l $2
echo "gcc-7 $1.c"
gcc-7 $1.c -o $1g
./$1g $2

例1

ad.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int n;
    return  printf("%d, %d, %d, %d , %d\n",&n>&n+1 ,&n,&n+1, &n - &n+1, &n - (&n +1) );
}

clang: warning

warning: format specifies type 'int' but the argument has type 'int *' [-Wformat]

gcc-7: no warning

実行結果

clang
0, -510875512, -510875508, 1 , -1
gcc-7 
0, -367966068, -367966064, 1 , -1

例2

ad2.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int n;
    return  printf("%d, %d, %d, %d , %d\n",&n>&n+1 ,(int)&n,(int) (&n+1), (int)&n - (int)(&n+1), (int)&n - ((int)&n +1) );
}

2.1 clang: no warning

2.2 gcc-7: warning

 warning: cast from pointer to integer of different size [-Wpointer-to-int-cast]

実行結果

clang
0, -486606720, -486606716, -4 , -1
gcc-7
0, -466122612, -466122608, -4 , -1

例3

ad3.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int n;
    return  printf("%d, %ld, %ld, %ld, %ld \n",&n>&n+1 ,(long)&n,(long) (&n+1), (long)&n - (long)(&n+1), (long)&n - (long)&n +1 );
}

clang: no warning

gcc: no warning

実行結果

clang
0, 140732820863112, 140732820863116, -4, 1 
gcc-7
0, 140732788951180, 140732788951184, -4, 1

例4

ad4.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int n;
    return  printf("%d, %ld, %ld, %ld, %ld \n",&n>&n+1 ,(long)&n,(long) (&n+1), (long)&n - (long)(&n+1), (long)&n - ((long)&n +1) );
}

clang: no warning

gcc: no warning

実行結果

clang
0, 140732749990024, 140732749990028, -4, -1
gcc-7
0, 140732836776076, 140732836776080, -4, -1

まとめ

1 処理系により警告が出る場合が違う。

gccとclangの設計思想をまだ把握できていません。

1.1 アドレス変数、アドレス演算結果のキャストへの警告が違う

2 アドレス演算の結果の値は処理系、処理の記述の少しの変化で異なる。

2.1 インテル系のCPUでのアドレスは「+1」すると、整数に変換すると4の差になる。

3 アドレス演算は（）のつけ方によってアドレス演算か整数演算かの範囲が変わなる

　アドレス演算の場合には「＋１」でインテル系のCPUでは整数にすると差が４、整数演算の場合には差が１。

実行プログラムの大きさ

macOS 10.13.3

上記ソースを、上記スクリプトにかけた結果。全てが同じ大きさ。末尾lがclang/llvm, gがgcc。

8432 3 25 21:13 ad2g
8432 3 25 21:13 ad2l
8432 3 25 21:26 ad3g
8432 3 25 21:26 ad3l
8432 3 25 21:25 ad4g
8432 3 25 21:25 ad4l
8432 3 25 21:04 ad5g
8432 3 25 21:04 ad5l
8432 3 25 21:30 adg
8432 3 25 21:30 adl

参考文献(reference)

C2011コンパイル一覧@researchmap
https://researchmap.jp/jownvh0ye-1797580/#_1797580

[C][C++]の国際規格案の例題をコンパイルするときの課題７つ。
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5f4b155030259497c4de

C Puzzle Bookの有り難み5つ、C言語規格及びCコンパイラの特性を認識
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d89a48c1536a02ecdec9

MISRA C まとめ #include
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f1a79a7cbd281607c7c9

どうやって MISRA Example Suiteをコンパイルするか
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fbdbff5ff696e2ca7f00

MISRA-C 2012 Referenceに掲載している文献の入手可能性を確認
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/96dc8b125e462d5575bb

参考資料

物理記事　上位100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/66e90fe31fbe3facc6ff

数学関連記事１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d8dadb49a6397e854c6d

言語・文学記事　１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/42d58d5ef7fb53c407d6

医工連携関連記事一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6ab51c12ba51bc260a82

通信記事１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1d67de5e1cd207b05ef7

自動車　記事　１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f7f0b9ab36569ad409c5

OSEK 記事で views 100,000を目指して　OSEK(8)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ff45ee55566eeff5f62e

無線網（Wi-Fi）空中線(antenna)(0) 記事https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e5464ac2b24bd4cd001

なぜdockerで機械学習するか書籍・ソース一覧作成中
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ddd12477544bf5ba85e2

仮説（0）一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f000506fe1837b3590df

安全（0）安全工学シンポジウムに向けて: 21
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/c5d78f3def8195cb2409

日本語（０）一欄
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7498dcfa3a9ba7fd1e68

英語(0) 一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/680e3f5cbf9430486c7d

転職(0)一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f77520d378d33451d6fe

一覧の一覧( The directory of directories of mine.) Qiita(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7eb0e006543886138f39

プログラマが知っていると良い「公序良俗」
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9fe7c0dfac2fbd77a945

LaTeX(0) 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e3f7dafacab58c499792

自動制御、制御工学一覧（０）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7767a4e19a6ae1479e6b

Rust(0) 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e8bb080ba6ca0281927

小川清最終講義、小川清最終講義（再）計画, Ethernet(100) 英語(100) 安全(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e2df642e3951e35e6a53

＜この記事は個人の過去の経験に基づく個人の感想です。現在所属する組織、業務とは関係がありません。＞
This article is an individual impression based on the individual's experience. It has nothing to do with the organization or business to which I currently belong.

文書履歴

ver, 0.10 初稿　20180325
ver, 0.11 目的、成果、実行プログラムの大きさ、参考文献追記 20180326
ver, 0.12 @SaitoAtsushi さんからのご意見をいただきASLRの項追記 20180328
ver. 0.24 ありがとう追記　20230513

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アドレス演算 C言語

目的(purpose)

成果(outcome)

前提(assumption)

C Puzzle Bookの有り難み5つ、

[C][C++]の国際規格案の例題を

どうやって MISRA Example Suiteを

コンパイル用shell script C版

CERT C入門(1) Rule 01.

CERT C入門(2) Rule 02.

CERT C++入門(1) Rule 01.

本文

機材・処理系

機材

CPU: intel core i5

OS:macOS 10.13.3

ASLR(

課題

備忘録

ASLR on Qiita

処理系

shell script

例1

clang: warning

gcc-7: no warning

実行結果

例2

2.1 clang: no warning

2.2 gcc-7: warning

実行結果

例3

clang: no warning

gcc: no warning

実行結果

例4

clang: no warning

gcc: no warning

実行結果

まとめ

1 処理系により警告が出る場合が違う。

1.1 アドレス変数、アドレス演算結果のキャストへの警告が違う

2 アドレス演算の結果の値は処理系、処理の記述の少しの変化で異なる。

2.1 インテル系のCPUでのアドレスは「+1」すると、整数に変換すると4の差になる。

3 アドレス演算は（）のつけ方によってアドレス演算か整数演算かの範囲が変わなる

実行プログラムの大きさ

参考文献(reference)

関連資料

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文書履歴

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