第8章：標準ライブラリの仕様詳細

この章で学ぶこと

• 標準ライブラリの保証と制約
• errno の正しい使い方
• シグナルハンドラの制限
• restrict 修飾子の意味
• 未定義動作を引き起こすライブラリ呼び出し

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8.1 ライブラリ関数の制約

制約違反

ライブラリ関数に不正な引数を渡すと、通常は未定義動作です。

memcpy(NULL, src, n);  /* 未定義動作 */
strlen(NULL);          /* 未定義動作 */
printf("%d", 3.14);    /* 未定義動作 */

「shall」の意味

規格でライブラリ関数の引数に「shall」が使われている場合、違反は未定義動作です。

> The memcpy function copies n characters from the object pointed to by s2 into the object pointed to by s1. If copying takes place between objects that overlap, the behavior is undefined.

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8.2 errno

正しい使い方

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

errno = 0;  /* 呼び出し前にクリア */
double d = strtod(str, &endptr);

if (errno == ERANGE) {
    /* オーバーフローまたはアンダーフロー */
}

注意点

• 呼び出し前にクリア: 関数は errno を 0 にしない
• 成功時の値は不定: エラーがなくても errno が変更されることがある
• マクロである: &errno は有効

/* NG: errno の値だけでエラー判定 */
strtol(str, &endptr, 10);
if (errno != 0) { /* 危険 */ }

/* OK: 戻り値と errno の組み合わせ */
errno = 0;
long val = strtol(str, &endptr, 10);
if (endptr == str || errno != 0) { /* エラー */ }

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8.3 シグナルハンドラの制限

安全でない操作

シグナルハンドラ内では、多くの操作が未定義動作です。

/* NG: 非async-signal-safe関数 */
void handler(int sig) {
    printf("Signal %d\n", sig);  /* 未定義動作 */
    malloc(100);                  /* 未定義動作 */
}

async-signal-safe 関数

規格で明示的に許可された関数のみ使用可能：

• abort()
• _Exit()
• signal() （限定的）
• atomic_signal_fence()
• volatile sig_atomic_t へのアクセス

安全なパターン

volatile sig_atomic_t flag = 0;

void handler(int sig) {
    flag = 1;  /* OK */
}

int main(void) {
    signal(SIGINT, handler);
    while (!flag) {
        /* メインループ */
    }
}

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8.4 restrict 修飾子

標準ライブラリでの使用

void *memcpy(void * restrict s1, const void * restrict s2, size_t n);
void *memmove(void *s1, const void *s2, size_t n);  /* restrict なし */

意味

restrict は「このポインタを通じてのみアクセス」の約束。

/* memcpy: オーバーラップ禁止 */
memcpy(dst, src, n);  /* dst と src がオーバーラップすると未定義 */

/* memmove: オーバーラップ許可 */
memmove(dst, src, n);  /* 常に安全 */

restrict 違反

char arr[10] = "hello";
memcpy(arr + 1, arr, 5);  /* 未定義動作 */
memmove(arr + 1, arr, 5); /* OK */

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8.5 NULL ポインタと長さ 0

多くの関数で未定義

memcpy(dst, NULL, 0);  /* 未定義動作 */
memcpy(NULL, src, 0);  /* 未定義動作 */
strlen(NULL);          /* 未定義動作 */

事前チェック

if (n > 0 && src != NULL && dst != NULL) {
    memcpy(dst, src, n);
}

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8.6 文字列関数

終端の保証

char buf[10];
strncpy(buf, "hello world", sizeof(buf));
/* buf は終端されない可能性！ */

buf[sizeof(buf) - 1] = '\0';  /* 明示的に終端 */

snprintf の戻り値

int ret = snprintf(buf, sizeof(buf), "value: %d", x);
/* ret: 書き込まれるはずだった文字数（終端除く） */

if (ret >= sizeof(buf)) {
    /* 切り捨てが発生 */
}

strlcpy / strlcat（非標準）

/* BSD拡張、POSIX 2024で標準化予定 */
size_t ret = strlcpy(dst, src, sizeof(dst));
if (ret >= sizeof(dst)) {
    /* 切り捨て */
}

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8.7 この章のまとめ

標準ライブラリの注意点

• errno: 呼び出し前にクリア、成功時は不定
• シグナルハンドラ: async-signal-safe 関数のみ
• restrict: オーバーラップ禁止の契約
• NULL引数: 多くの関数で未定義動作

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確認問題

問題1

問題2

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次の章では、コンパイラ拡張と標準適合について学びます。