C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов

В лучшем случае такой код даст сбой при тестировании на машине разработчика, а не на машине клиента. Однако довольно часто код на первый взгляд работает, но при этом в некоторых ситуациях в нем разыменовываются висящие указатели, итераторы и т.д. В таких случаях мы хотим, чтобы нас оповестили, если мы напишем код, демонстрирующий неопределенное поведение.

К счастью, спасение есть! Реализация GNU STL имеет режим отладки, а компиляторы GNU C++ и LLVM clang C++ поддерживают дополнительные библиотеки, пригодные для создания сверхчувствительных и избыточных бинарных файлов, которые будут мгновенно сообщать о большинстве ошибок. Их легко использовать, и они очень полезны, что мы и продемонстрируем в этом разделе. Стандартная библиотека Microsoft Visual C++ также предоставляет возможность проведения дополнительных проверок.

Как это делается

В этом примере мы напишем программу, которая намеренно получает доступ к некорректному итератору.

1. Сначала включим заголовочные файлы:

#include

#include

2. Теперь создадим вектор, содержащий целые числа, и получим итератор, указывающий на первый элемент, — значение 1. Мы применим функцию shrink_to_fit() для вектора с целью убедиться, что его емкость действительно равна 3, поскольку данная реализация может выделять фрагмент памяти больше необходимого, чтобы благодаря этому небольшому резерву будущие операции вставки проходили быстрее:

int main()

{

  std::vector v {1, 2, 3};

  v.shrink_to_fit();

  const auto it (std::begin(v));

3. Далее выведем на экран разыменованный итератор, что совершенно корректно:

  std::cout << *it << '\n';

4. Добавим в вектор новое число. Поскольку он недостаточно велик, чтобы свободно принять новое число, он автоматически увеличится в размере. Это достигается за счет выделения более крупного фрагмента памяти, перемещения всех существующих элементов в новый фрагмент и удаления старого.

  v.push_back(123);

5. Теперь снова выведем на экран значение 1 из вектора с помощью данного итератора. Это кончится плохо. Почему? Когда вектор переместил все свои значения в новый фрагмент памяти и удалил старый, он не сообщил итератору о текущем изменении. Т.е. итератор все еще указывает на старую позицию, и мы точно не знаем, что с тех пор произошло.

  std::cout << *it << '\n'; // плохо плохо плохо!

}

6. Компиляция и запуск программы приводят к идеальному выполнению. Приложение не дает сбой, но данные, которые оно выводит на экран при разыменовании некорректного указателя, выглядят совершенно случайными. В таком виде программу оставлять нельзя, но к этому моменту никто не сообщит нам о данной ошибке, если мы не заметим ее сами (рис. 3.5).

7. Ситуацию спасут флаги отладки! Реализация GNU STL поддерживает макрос препроцессора _GLIBCXX_DEBUG, который активизирует много функций для проверки достоверности STL. Это замедляет выполнение программы, но зато помогает находить ошибки. Можно активизировать макрос, добавив флаг -D_GLIBCXX_DEBUG в командную строку компилятора или определив его в начале файла кода, поместив его до директив include. Как видите, он завершает работу приложения, после чего запускаются разные средства очистки. Скомпилируем код с флагом для активизации проверяемых итераторов (в компиляторе Microsoft Visual C++ выглядит как /D_ITERATOR_DEBUG_LEVEL=1) (рис. 3.6).

8. Реализация STL для LLVM/clang тоже имеет флаги отладки, но они нужны для отладки самой STL, а не пользовательского кода. Для последнего можно активизировать различные средства очистки. Скомпилируем код для clang с помощью флагов -fsanitize=address -fsanitize=undefined и посмотрим, что произойдет (рис. 3.7).

Ого! Перед нами очень точное описание того, что именно пошло не так. Если бы мы не обрезали этот скриншот, то он занял бы несколько страниц книги. Обратите внимание: это характерно не только для clang, но и для GCC.

  Если вы видите ошибки во время выполнения программы из-за того, что отсутствует какая-то библиотека, то значит, ваш компилятор не поставляется с библиотеками libasan и libubsan. Попробуйте установить их с помощью вашего менеджера пакетов или чего-то аналогичного.

Как это работает

Как видите, нам ничего не нужно менять в программе, чтобы включить эту функциональность для кода, генерирующего ошибки. Мы, по сути, получили ее бесплатно, просто добавив некоторые флаги компилятора в командную строку при компиляции программы.