string G[h]に対して、G[x][y]という1文字ごとの埋め方をするとsegmentation faultになる理由を知りたい

Question

知りたいこと

string G[h]に対してG[x][y]という1文字ごとの入力をすると、20×20くらいのサイズからsegmentationfaultになる。

その理由が知りたいです。宜しくお願いします。

試したこと

• 文字列をまとめて入力する場合には同じサイズでセグフォにならなかった。e.g. for (int i = 0; i < h; i++) cin >> G[i]

以下、考察

• stringでの入力ではなく、G[y][x]のようなcharの入力だと問題があるようだ
• G[y][x]のセグフォは、(x,y)=(0,1)の時に起きたが、この配列は存在するはずなので、なぜセグフォになるのか想像がつかない
• G[y][x]のようなcharの入力だとデバッガ上はG[h]に値が入力されていないが、g[y][x]で値が標準出力出来て変なことをしている気がする

エラー画面

コード

#include <bits/stdc++.h>
#define rep(i, n) for (int i = 0; i < (n); ++i)
using namespace std;
using ll = long long;
using P = pair<int, int>;


int main() {
  int h, w;
  cin >> h >> w;

  string G[h];
  //for (int i = 0; i < h; i++) cin >> G[i];

  //入力の生成
  srand(time(NULL));
  for(int y = 0; y < h; ++y) {
    for(int x = 0; x < w; ++x) {
			if(rand()%10==0) G[x][y]='.';
			else G[x][y]='#';
    }
  }
	cout << endl;
	rep(i,h){
		rep(j,w) {cout << G[i][j];}
		cout << endl;
	}
}

Answer 1

C++のstring::operator[]は、文字列の長さ以上の箇所にアクセスして、それを書き換えた場合は正しく動作することが保証されません（cpprefjp）。

空文字列の[0]に書き込んで文字を追記する、ようなことはできません。

Comments

[ratera]

ありがとうございます！
[]の定義もされているのは知りませんでしたが、読んでいて面白いです。

バッファはあるというご回答と、空文字列（なのでバッファがない？という解釈をしました）というご回答で若干混乱気味ではあります。

（初心者目線ですが、たぶんstringの実装のコードを読めないとダメな気がしており、現段階では「空文字に書き込むのはできない」と覚えたい気持ちにかられております。）

[maisumakun]

> バッファはあるというご回答と、空文字列（なのでバッファがない？という解釈をしました）というご回答で若干混乱気味ではあります。

バッファはあるけど、デフォルトコンストラクタで初期化しただけの状態では長さゼロです。

[maisumakun]

> 初心者目線ですが、たぶんstringの実装のコードを読めないとダメな気がしており

いえ、それは「やってはいけません」。C++の規約で決まっている範囲でコードを書いてください。規定されていない実装の詳細に依存したコードを書くと、何かの拍子に実装が変わって動かなくなる危険があります。

[ratera]

あ！バッファはメモリのサイズで、長さは\0（NULL)までの文字列の数ということですね！
なので、空文字は最初に\0が来るもの。両立しますね！

ちょっとズレている気もしなくもありませんが、解決しました！

Answer 2

次のようにすれば、G[y][x] = '.'; と書けます。

#include <iostream> // cin, cout
#include <string>   // string
#include <vector>   // vector
#include <cstdlib>  // srand, rand
#include <ctime>    // time
using namespace std;

int main()
{
	int h, w;
	cin >> h >> w;

	vector<string> G(h);

	srand(time(NULL));
	for (int y = 0; y < h; ++y) {
		G[y].resize(w);
		for (int x = 0; x < w; ++x) {
			if (rand() % 10 == 0) G[y][x] = '.';
			else G[y][x] = '#';
		}
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < h; i++) {
		for (int j = 0; j < w; j++) cout << G[i][j];
		cout << endl;
	}
}

追記
最近の gcc(64ビット) では、sizeof(std::string) は 32 です。
std::string のソースは見ていませんが、stringオブジェクトのダンプを見て、
次のように妄想してみました。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct String {
	char *data;
	uint64_t size;
	union {
		char here[16];
		uint64_t capacity;
	};
};

void dump(string &s)
{
	cout << "size() = " << s.size() << ", capacity() = " << s.capacity()
	     << ", s.data() = [" << s.data() << "]\n";
	String *p = reinterpret_cast<String *>(&s);

	char *data;
	uint64_t capacity;
	if (p->size < 16)  data = p->here, capacity = 15;
	else data = p->data, capacity = p->capacity;
	cout << "String: size = " << p->size << ", capacity = " << capacity
	     << ", data = [" << data << "]\n\n";
}
	
int main()
{
	string s;
	dump(s);
	s = "abc";
	dump(s);
	s = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
	dump(s);
}

実行結果

size() = 0, capacity() = 15, s.data() = []
String: size = 0, capacity = 15, data = []

size() = 3, capacity() = 15, s.data() = [abc]
String: size = 3, capacity = 15, data = [abc]

size() = 26, capacity() = 30, s.data() = [abcdefghijklmnopqrstuvwxyz]
String: size = 26, capacity = 30, data = [abcdefghijklmnopqrstuvwxyz]

Comments

[ratera]

resizeといものがあるのですね！ありがとうございます。
> G[y].resize(w)

裏の事情に通じていないとstringの書き込みは問題が起きるのが今回の件で感じたので、おとなしく二次元配列を使おうという気になっています。（今回はstringでなければならない理由はないので）

resizeは以下のサイトで理解できました！便利！
https://suzulang.com/c-stdvector-resize%E3%81%A8reserve%E3%81%AE%E9%81%95%E3%81%84-%E5%8A%A0%E7%AD%86%E4%B8%AD%EF%BC%9F/

Answer 3

string G[h];

この時点で空文字列がh個。
空文字列だから長さ0、それのy番目の文字は存在しない。
存在しないとこに無理くり代入したら怒られますやろフツー

Comments

[episteme]

ｶﾌﾞﾘﾏｸﾘｰ

[ratera]

ご回答沢山で、初心者質問に、非常に申し訳ない気持ちになっています。＞＜

空文字列だからという発想に至れなかったので、全ての敗因です（ｸﾔｼｲｰ）

stringを扱う時の代入は気を付けようと思いました。
（配列と同じように参照する際の問題は見えていませんので、ちょっとどう気を付けようか考え中です）

Answer 4

string G[h];という宣言をしたので空のstringがh個用意されたことになります。

空のstringは適当なサイズのバッファを確保してそのポインタを持っているような実装で、
stringの[]演算子はどうやらただ単にそのバッファを参照しているだけで、
バッファの長さを超えるような範囲を参照してもバッファを拡張するなど気の利いたことはしてくれないようです。

---

そもそも
string G[h];
としておきながら
forループ内で

    for(int x = 0; x < w; ++x) {
            if(rand()%10==0) G[x][y]='.';
            else G[x][y]='#';
    }

とx=0...w-1でアクセスしているのが間違っているような

Comments

[ratera]

バッファがあるのですね！
てっきり、stringを宣言した際はアドレスだけでバッファはないものだと思いこんでおりましたが、手を動かしてみるとバッファありました！

手元でstring[1]を定義して、string[0]にcinで"<1万文字>"投げてみたところ、アドレスは変わらないくらいバッファがとてもあるようでした。
（string[0]かstring[1]のアドレスは変わることを期待していましたが、なぜかアドレスは変わらないのはちょっと不思議でしたが。16^2くらい文字列いれたら溢れると思ったので）

その状態で、[1][0]でバッファを超えるのはどのような状態なのか少々気になる所ですが、
謎は深まるばかりで、たぶんstringの実装のコードを読めて裏の振舞を理解しないとダメな気がしてきました。

ありがとうございます。

```
&string[0]=0x7fffe125d300
&string[1]=0x7fffe125d320

※ここでstring[0] = "1万文字くらいの文字列をいれる"

&string[0]=0x7ffff01dcaa0　// アドレスは変わらない
&string[1]=0x7ffff01dcac0
```

[ozwk]

> G[y][x]のセグフォ

コードはG[x][y]になってしまっています

[ozwk]

完全に想像ですけど
stringはバッファへのアドレスを持っているでしょうから
何万文字入れようがstring型自体のサイズは変わらないかと

[ratera]

>コードはG[x][y]になってしまっています
鋭いご指摘ありがとうございます..!仰る通りでした。
ただ、うまくいくかと思ったのですが、別の箇所でセグフォになりました。

Answer 5

stringとchar[] とは全く別もんなんで、そういう使い方はできません

Comments

[dodox86]

> stringとchar[] とは全く別もんなんで、そういう使い方はできません

いいえ、std::string は[]がオーバーロードされているので、charの配列のような使い方ができます。
$ cat t7.cpp
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
std::string s = "abcdefg";
std::cout << s[1] << " " << s[3] << std::endl;
return 0;
}
$ g++ -Wall t7.cpp; ./a.out
b d
$

[ratera]

ご回答、補足いただき、ありがとうございます！

何ができて、何ができないのか、裏の処理を理解しないとダメな点が大事という理解ができました！