C言語 mallocを使わずに動的に領域を確保することは可能か？

Question

C言語の勉強をしています。
下記は、受け取った文字列を逆にして出力するプログラムです。
mallocを使用せずに、文字数を変数に格納して、それを配列の宣言に利用しています。
私の環境ではコンパイルして動きますが、このような書き方は問題ないのでしょうか。

#include <stdio.h>

char *ft_strrev(char *str)
{

    int len = 0;
    char *strrev;
    
    // 受け取った文字列の文字数をカウントする
    while(str[len] != '\0'){
        len++;
    }
    
    // 文字数の分の配列を宣言し、領域を確保する。
    // 確保した配列のアドレスを変数に渡す。
    char tmp[len];
    strrev = tmp;
    int i =0;
    
    // 配列に逆順に文字を格納していく。
    while(len > 0){
        strrev[i] = str[len-1];
        i++;
        len--;
    }
    strrev[i] = '\0';
    return strrev;
}

int main(void)
{
    char *str;
    char a[] = "Aiueo";
    str = a;
    str = ft_strrev(str);
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

Answer 1

問題あります。 言語仕様の言葉で説明します。

オブジェクトは種類ごとの生存期間 (lifetime) を定める記憶域期間 (storage duration) を持ち、質問中のプログラムにある配列 tmp は自動記憶域期間 (automatic storage duration) に分類されます。

自動記憶域期間を持つオブジェクトはそれに関連付けられたブロックの終わりまでが寿命です。 tmp の場合は関数 ft_strrev の終わりが寿命であり、寿命を終えたオブジェクトにアクセスした場合の結果は未定義となります。

JISX3010:2003 (いわゆる C99 に相当) の 6.2.4 から引用します。

オブジェクトの生存期間 (lifetime) とは、オブジェクトに対して記憶域の確保が保証されている、プログラム実行の一部分をいう。 オブジェクトは、生存期間を通じて存在し、一定のアドレスをもち、最後に格納された値を保持する。 オブジェクトを生存期間の外部で参照したときの動作は未定義とする。 ポインタの値は、そのポインタが指すオブジェクトが生存期間の最後に到達すると、不定になる。

C における「未定義の動作」というのは「その状況を無視して予測不可能な結果を返しても良い」ということを意味し、元の値の残骸が残っていることもあればデタラメな値かもしれず、あるいはクラッシュしても仕様通りです。 要するに未定義とされていることは実質的にしてはいけないことであると考えて良いです。

---

tmp の宣言に static を付けて静的記憶域期間にすれば一応は未定義ではなくなりますが、一般的にはあまりよくはないスタイルです。 episteme さんが提示するように元の配列を書き換える方法か、あるいは書き込み先の配列も呼び出し側で用意して与える方法が普通は望ましいでしょう。

Comments

[Kchan_01]

>>言語仕様の言葉
すごくわかりやすかったです。ありがとうございます。

>>要するに未定義とされていることは実質的にしてはいけないことであると考えて良いです。
未定義の捉え方が曖昧でしたが、理解できました。

>>episteme さんが提示するように元の配列を書き換える方法
この方法で書き換えようと思います。

ありがとうございました。

Answer 2

問題アリです。

関数ft_strrevは、ローカル配列tmpの先頭アドレスを返しています。
tmpは関数内でしか有効でないので、外部で領域にアクセスした場合の挙動は未定義です。

また、str = ft_strrev(str) も本来許容されません。(註： 編集前の質問ではstrが配列型でした)

Comments

[Kchan_01]

str = ft_strrev(str)のコードの修正をしました。
ローカル配列tmpの先頭アドレスはアドレスであり、変数ではないため、問題ないかと思うのですが、何がいけないのでしょうか。

[Kchan_01]

関数内で確保された領域は、関数を抜け出すと解放されてしまうということでしょうか。

[LouiS0616]

先頭アドレスはただの値ですから、確かに返り値として用いることができます。
ただしそのアドレスに置かれたデータが生きているかどうかは別件です。

[LouiS0616]

これは配列に限った話では無くて、例えば次のようなコードでも同じような問題が起き得ます。
int* func(void) { int a = 0; return &a; }

Answer 3

※ 頓珍漢な回答なのは百も承知で
配列:char tmp[len] は要らなくね?

#include <stdio.h>

void ft_strrev(char *str) {

    // p : 文字列の末尾('\0'の位置)
    char* p = str;
    while ( *p != '\0' ) ++p;

    // strを増加/pを減少させつつ *str と *p を交換
    for ( ; str != p && str != --p; ++str ) {
      char tmp = *str;
      *str = *p;
      *p = tmp;
    }
}

int main(void) {
    char str[] = "Aiueo";
    ft_strrev(str);
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

Comments

[Kchan_01]

ありがとうございます。そちらの書き方で書かせていただきます。