入れ子関数 その２ (nested function 2)

前回の入れ子関数 その１では、１つのスコープで同一名称の関数を定義してもエラーにはならないが使えないことが確認されたが、入れ子関数に関してはローカル変数にアクセスできるという便利な機能についても触れておきたい。

ローカル変数へのアクセス

次のプログラムは、入れ子関数 getが、その外側の mainのローカル変数 vの値を参照する例である。

#include 

int main() {
 int v = 5;
 int get() { return v; }
 printf("%d\n", get());
 return 0;
}

実行してみよう。

$ make NestedFunctionExample11
cc     NestedFunctionExample11.c   -o NestedFunctionExample11
$ ./NestedFunctionExample11
5

入れ子関数が、関数の中の単なるブロックであるかのように変数にアクセスできることがわかる。

入れ子関数のポインタ

関数のポインタを渡して、その渡した先で vにアクセスできるだろうか。

#include 

typedef int (*function)();

void sub(function f) {
 printf("%d\n", f());
}

int main() {
 int v = 5;
 int get() { return v; }
 sub(get);
 return 0;
}

$ make NestedFunctionExample12
cc     NestedFunctionExample12.c   -o NestedFunctionExample12
$ ./NestedFunctionExample12
5

subの中から呼び出されている関数 fが mainのローカル変数 vにアクセスできている。

subは mainのスタックフレームにアクセスできるだけなのか、自身のフレームも持っているのだろうか。

#include 

typedef int (*function)();

void sub(function f) {
        printf("%d\n", f());
}

int main() {
        int v = 5;
        int get() {
                int u = 3;
                printf("%d\n", u);
                return v + u;
        }
        sub(get);
        return 0;
}

$ make NestedFunctionExample13
cc     NestedFunctionExample13.c   -o NestedFunctionExample13
$ ./NestedFunctionExample13
3
8

これを見ると、自身のスタックフレームを持った上で、その外側にある関数のスタックフレームにもアクセスできるようだ。

外側の関数から復帰後

入れ子関数を定義した関数から復帰してしまったらどうか。

#include 

typedef int (*function)();

void sub(function f) {
 printf("%d\n", f());
}

function getFunction() {
 int v = 899;
 int get() { return v; }
 return get;
}

int main() {
 function f = getFunction();
 sub(f);
 return 0;
}

多分外側の関数のスタックフレームはもう無いからアクセスできないはず。

$ make NestedFunctionExample14
cc     NestedFunctionExample14.c   -o NestedFunctionExample14
$ ./NestedFunctionExample14
3
902

あれ、うまくアクセスできてしまった。

実はこれ、GCC 4.6.0 on SunOS 5.11 (x86)環境ではうまく行ってしまう。（様に見える）

同じコードを GCC 4.6.3 on Ubuntu 12.04 (x86)でやってみると。

$ make NestedFuctionExample14
cc     NestedFuctionExample14.c   -o NestedFuctionExample14
$ ./NestedFuctionExample14 
134513727

ちゃんと滅茶苦茶な値になった。（うまく行かなかったことを安心しているようで妙な表現だが）

Solarisでうまく行ったように見えたのはスタックフレームの内容が残っていたからで、いつもこう行くとは限らない。

たとえば、関数ポインタを取得してから呼び出すまでの間にスタックを使用するなにか別の関数を呼んでしまうと壊れてるはず。

#include 

typedef int (*function)();

void sub(function f) {
 printf("%d\n", f());
}

function getFunction() {
 int v = 899;
 int get() {
  int u = 3;
  printf("%d\n", u);
  return v + 3;
 }
 return get;
}

int main() {
 function f = getFunction();
 printf("Hello, world.\n");
 sub(f);
 return 0;
}

この様に、printfを入れてみよう。

$ make NestedFunctionExample15
cc     NestedFunctionExample15.c   -o NestedFunctionExample15
$ ./NestedFunctionExample15
Hello, world.
Segmentation Fault (core dumped)

値が可笑しくなるだけでなく、アクセス違反が生じてしまった。