c++ で mq_open が失敗する。(c では OK)

Question

C++ のコードで mq_open を呼び出していますが、実行時にエラーが発生します。
errno は 14 (EFAULT - Bad address)　です。

-- main.cpp --

#include <mqueue.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main(){
    mqd_t q = mq_open("/sample", O_WRONLY | O_CREAT);
    if(q == -1) {
        printf("error: %d\n", errno);
    }
    return 0;
}

ビルドは下記のコマンドで行いました。
g++ main.cpp -o test -lrt

ところが、同じソースを main.c として下記コマンドでビルドして実行してもエラーは発生しません。
gcc main.c -o test -lrt

原因と対処法をご教授下さい。

バージョンは下記の通りです。
gcc (Debian 6.3.0-18+deb9u1) 6.3.0 20170516

Comments

[dameo]

CもC++もビルドはできていて、C++で実行時エラーが発生するということですよね？
$ man mq_open
...
If O_CREAT is specified in oflag, then two additional arguments must be supplied.
...
なので、引数4つの方を使ってみてはどうでしょう？

[ophiacodon]

ありがとうございます。
S_IRWXU, 0 としたら普通に通りました。
そうしますと、なぜ c ではOKなのでしょうね。

[dameo]

OKというのが文面にちゃんと書かれていないので、ビルドが出来たという意味なのか、実行時にエラーが発生せずに終了したという意味なのかが分かりかねます。

とりあえずCにはオーバーロードがないためなのか、mq_openは可変長引数で実装されてます。
https://github.com/lattera/glibc/blob/master/sysdeps/unix/sysv/linux/mq_open.c
これは可変部分の個数を受け取る手段がないため、O_CREATのときだけ2つ余計に読むコードになっています。
通常引数はスタックフレームに積まれるでしょうから、あらぬ場所を読むことになり動作は未定義になると思います。

[yohhoy]

https://linuxjm.osdn.jp/html/LDP_man-pages/man3/mq_open.3.html mq_open関数仕様によると「oflag に O_CREAT を指定する場合、追加で 2つの引き数を与える必要がある。」とあります。
dameoさんコメントリンク先内部実装を見る限り、C言語としてコンパイルしても実際には期待通り動かないように見えます。

[ophiacodon]

なるほど、オーバーロードの関係で同じものを呼び出しているとは限らないということですね。
納得しました。

[dameo]

他の方も見られていたようなので、回答になるべく詳細に書いておきました。文章が下手ですみません。

Answer 1

#原因

oflagにO_CREATをしているにも関わらず、2つの追加引数mode, attrが指定されておらず、CでもC++でも動作が未定義になるからです。C++では運良くたまたま動いていただけで、運が悪ければCでもC++でもsegmentation faultで落ちたりすることもあるかもしれないということです。

##原因詳細

ubuntu 20.04のmq_openのマニュアルを見ますと、

$ man mq_open
...
       mqd_t mq_open(const char *name, int oflag);
       mqd_t mq_open(const char *name, int oflag, mode_t mode,
                     struct mq_attr *attr);
...
       If  O_CREAT  is  specified  in oflag, then two additional arguments must be supplied.  The mode argument specifies the permissions to be placed on the new queue, as for open(2).
...

という記述が出てきます。debianでも大きくは違わないと思います(ご確認ください)。

関数の宣言が2つあってC++ならオーバーロードで実装しそうな形になっていますが(すみません。C++がお得意なのかと思いこういう説明で入りましたが、この問題自体にオーバーロードは関係ありません)、このライブラリの実装はCで行われているため、実際には可変長引数で実装されています。

https://github.com/lattera/glibc/blob/master/sysdeps/unix/sysv/linux/mq_open.c

当該部分を引用すると、

mqd_t
__mq_open (const char *name, int oflag, ...)
{
  if (name[0] != '/')
    return INLINE_SYSCALL_ERROR_RETURN_VALUE (EINVAL);

  mode_t mode = 0;
  struct mq_attr *attr = NULL;
  if (oflag & O_CREAT)
    {
      va_list ap;

      va_start (ap, oflag);
      mode = va_arg (ap, mode_t);
      attr = va_arg (ap, struct mq_attr *);
      va_end (ap);
    }

と、なっています。Cの可変長引数は仕組み的に引数の個数を知る手段がないため(通常は固定引数部分に引数の数を入れたり、フォーマット指定文字列にしたりします)、ここでは、oflagにO_CREATが指定された場合だけ、va_argを使って追加で2つの引数を読み取るように実装しています。

しかし、ophiacodonさんのコードでは、O_CREATEを指定してるのに2つの追加引数がないため、あらぬメモリ領域をmodeやattrの値として読み取ってしまいます。運良く読み取れるメモリ領域であれば、不正な値を使ってコードが動き、そのまま動いてしまったり(C++のとき)、エラーになったりする(Cのとき)、ということです。場合によっては、読み取れない領域を参照することもあるかもしれません。その場合は、segmentation faultで落ちてしまいます。

対策

mq_openを以下のように書き換えます(引数modeと引数attrを追加で指定しています)。

    mqd_t q = mq_open("/sample", O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR, NULL);