C が定数式から未定義の動作を除外するのはなぜですか?

定数式が未定義の動作を除外する理由

C では、定数式はコンパイル時に評価される数式です。これらの式を評価する際、未定義動作 (UB) が発生する可能性があるケースを処理することが重要です。

除外節

C 標準のセクション 5.19 では、未定義動作の除外を明示的に規定しています。コア定数式:

"...未定義の動作を伴う操作 [...] はありません"

除外の目的

この除外句は 2 つの主な目的を果たします:

1. コンパイル時のエラー検出: を除外することによってUB を使用すると、コンパイラは実行時ではなくコンパイル時に UB に関連するエラーを特定して報告できます。これにより、潜在的な問題の早期検出と修正が可能になります。
2. コンパイル時ツールの容易化: 除外により、定数式を信頼性の高い方法で利用できるツールとテクニックの作成が可能になります。たとえば、メタプログラミング ライブラリは定数式を使用して、未定義の動作を導入することなくコンパイル時の計算を実行できます。

例と利点

次の式を考えてみましょう:

constexpr int x = std::numeric_limits<int>::max() + 1;

除外句がない場合、この式は明示的に除外された操作を含まないため、定数式とみなされます。ただし、整数オーバーフローによる UB は依然として発生します。

以下に示すように、除外句によりコンパイラはコンパイル時にこの UB を検出できます。

error: constexpr variable 'x' must be initialized by a constant expression
    constexpr int x = std::numeric_limits<int>::max() + 1 ;

SFINAE の使用法

除外句を使用すると、SFINAE (置換失敗はエラーではない) で定数式を使用して、式がエラーになるかどうかを判断することもできます。コンパイル時に UB が発生します。たとえば、次のコード スニペットは、整数加算オーバーフローを検出する方法を示しています。

template <typename T1, typename T2>
struct addIsDefined
{
    static constexpr bool isDefined()
    {
        return isDefinedHelper<T1, T2>(0);
    }

    template <T1 t1, T2 t2, decltype(t1 + t2) result = t1 + t2>
    static constexpr bool isDefinedHelper(int)
    {
        return true;
    }

    template <T1 t1, T2 t2>
    static constexpr bool isDefinedHelper(...)
    {
        return false;
    }
};

要約すると、定数式に未定義の動作に対する除外句が存在することにより、コンパイラはコンパイル時に UB を検出できるようになり、処理が容易になります。より安全で信頼性の高いコードの開発。

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