오늘은 C++의 Undefined behavior와 Unspecified behavior에 의한 결과 값의 차이를 알아보겠습니다.

cout<<fun1<<fun2; 의 수행결과가 제가 예상한 fun1->fun2 순으로 출력되지 않고 fun2 -> fun1 순서로 출력되는 것을 보고 왜 이런 결과가 나오게 되었는지 알아보게 되었습니다.

다음과 같은 코드의 출력값을 예상해봅시다.

#include <iostream> 
using namespace std; 
int c = 6;
int f() 
{   
       c+=1; 
       return c; 
} 

int main() 
{ 
        int i = 0; 
        cout <<"i="<<i<<" i++="<<i++<<" i--="<<i--<<endl; 
        i = 0;
        printf("i=%d i++=%d i--=%d\n" , i , i++ ,i-- );

        cout<<f()<<" "<<f()<<" "<<f()<<endl; 
        c = 6;
        printf("%d %d %d\n" , f() , f() ,f() );
        system("pause");
        return 0; 
} 

위의 코드를 VS2005와 g++로 컴파일 해보았습니다.

Under ‘vs2005’

i=0 i++=-1 i--=0
i=0 i++=-1 i--=0
9 8 7
9 8 7

Under ‘g++’

i=0 i++=0 i--=1
i=0 i++=-1 i--=0
9 8 7
9 8 7

왜 두개의 다른 컴파일러에서 다른 결과값이 나온것일까요?

그 이유중 하나는 위의 printf 함수의 , 사이에 sequence point가 없어서 Undefined 되어있기 때문입니다.

sequence point를 사이에 두지 않고 하나의 변수의 값을 두번 이상 변경하는 경우 Undefined behavior의 예에 속합니다. 예를들어 i = i++ 의 경우 변수 ì 가 두변 변하는 사이에 sequence point가 존재하지 않기 때문에 undefined 이라고 볼수있습니다. 즉 이러한 undefined behavior 때문에 printf 인자의 실행순서가 명확하지 않고 컴파일러에 따라 다른 순서로 수행하게 되면서 다른 결과가 출력되게 된것입니다.

Sequence point

시퀀스 포인트는 컴퓨터 프로그램의 실행에서 이전 평가의 모든 부작용이 수행되고 후속 평가의 부작용이 아직 수행되지 않았 음을 보증합니다.

• Between the evaluations of the function designator and actual arguments in a function call and the actual call;
  
• Between the evaluations of the first and second operands of the operators &&, ||, and ,;
  
• Between the evaluations of the first operand of the conditional ?: operator and whichever of the second and third operands is evaluated;
  
• The end of a full declarator;
  
• Between the evaluation of a full expression and the next full expression to be evaluated. The following are full expressions:
  • an initializer;
  • the expression in an expression statement;
  • the controlling expression of a selection statement (if or switch);
  • the controlling expression of a while or do statement;
  • each of the expressions of a for statement;
  • the expression in a return statement.
    
• Immediately before a library function returns;
  
• After the actions associated with each formatted input/output function conversion specifier;
  
• Immediately before and immediately after each call to a comparison function, and also between any call to a comparison function and any movement of the objects passed as arguments to that call.

그렇다면 cout의 경우에는 어떨까요?

위의 코드에서 cout은 총 세번의 operator >> 함수 호출을 하고 있습니다.

함수 호출의 경우 sequence point를 사이에 두고있기 때문에 i 메모리 공간에 left to right 의 정의된 순서를 갖고 접근합니다.

하지만 C/C++에서는 함수 인자의 evaluate 순서가 정해져 있지 않기 때문에 cout이 함수여도 컴파일러에 따라 다른 결과 값을 얻게 되는 것입니다.

cout<<i<<i++<<i-- 는 cout.operator<<(i).operator<<(i++).operator(i--)와 같고 이는 f(h(g(cout, i), i++), i--) 와 같다고 볼수있습니다.

따라서 함수의 인자들이 unspecified order에 의해 evaluate되기 때문에 수행되는 컴파일러에 따라 다른 값을 얻게 되는 것입니다.