有没有办法在 C++ 编译时限制数据大小并产生编译错误？

Posted 2023-02-17

【中文标题】有没有办法在 C++ 编译时限制数据大小并产生编译错误？

【英文标题】：Is there a way to limit data size at C++ compile time and produce a compile error?

【发布时间】：2019-03-30 10:12:06

【问题描述】：

我已经构建了一个工具，使学生能够在线（在受保护的环境中）编译和测试他们自己的 C++ 代码。

我想在编译时检查程序中的总数据量是否不超过一定大小，如果超过则产生编译错误。

（直接目标：限制 c++ std::array 大小）

我没有在网上找到信息。

我的编译链是：

g++ -Wall -Wextra -Waddress -std=c++11 -lm -fstack-protector -lm -o exename srcname

感谢您的帮助。

编辑 1

我给他们一个骨架，他们必须完成（此处）指定的位置：

“用‘produitTableau’的定义完成程序（这里），它得到一个整数和一个整数的二维数组，并将‘calcul’函数应用于它的每个值并返回修改后的数组。” （法语...）

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

const int NB = 3;

int calcul (int a, int b);
array<array<int, NB>,NB> produitTableau(array<array<int, NB>,NB> t, int a);

int main()

    /* déclaration et initialisation  */
    array<array<int, NB>,NB> tab ;
    int x;
    cin >> x;
    for (int i=0;i<NB;i++) for(int j=0; j<NB; j++) cin >> tab[i][j];

    /* traitement et résultat  */
    tab = produitTableau(tab, x);

    /* résultat */
    for (int i=0; i < NB; i++) 
      for (int j=0; j < NB; j++) 
        cout << tab[i][j] << " ";
      
    

  return 0;


int calcul(int a, int b)

   return a*b;


**(here)**

我希望他们写出类似的东西（我使用存储在文本文件中并用作输入数据的测试数据集检查结果）：

array<array<int, NB>,NB> produitTableau(array<array<int, NB>,NB> t, int a)

    for (int i=0; i < NB; i++) 
      for (int j=0; j < NB; j++) 
        t[i][j] = calcul(t[i][j] , a);
      
    

   return t;

* 数组是按值传递的 *

所以我会检查使用的数据总量是否超过某个值，例如：10.000 字节。

可能是exe文件...我不知道。

【问题讨论】：

但是您到底想限制什么样的数据？取决于提到的std::array 的使用方式，它会落在.bss、堆栈或堆中 - 取决于您的学生决定如何使用它。您必须限制所有这些（以及可能的 .data）。

你必须比这更具体一点，看起来你在一些细节上有点糊涂；你到底想用你的限制来实现什么？这可能是 X/Y 情况（即您可能在这里尝试解决错误的问题）

你能限制受保护环境的内存吗？

“受保护的环境”不是正确的术语：它受到保护，因为学生需要一个 ID 和密码......

我找到了一个编译选项，如果对象的 siez 大于 x 时会发出警告：“...警告：'t2' 的大小为 4000000 字节 [-Wlarger-than=] |”。这可能是解决方案。但是把警告变成错误？但这不是使用的数组总数...

【参考方案1】：

好吧，如果您阻止包含其他任何内容，您可以调整 std::array<T, N> 以便将 N 限制为某个最大大小；然后让学生包含该数组。

适应可能就像添加一样简单：

static_assert(N == NB, "For this homework assignment you can only use arrays of NB elements");

在数组类中，在文件的前面，

constexpr const size_t NB = 123;

当然切记不要更改原始数组文件！制作一个副本（甚至可以更改名称以说明它是一个自定义数组）。

【讨论】：

这可能是一个解决方案：每个作业都需要一个班级。但是多维数组（例如矩阵）呢？

@PatrickDezecache：那会有所不同。但请记住，标准库没有矩阵/张量容器。

作为矩阵，我的意思是二维数组，每个维度都有自己的值，并不总是方阵。

@PatrickDezecache：是的，我意识到这一点，但这与您提出的问题不同。一般来说，我会说 - 选择你喜欢的矩阵的任何实现，制作一个副本，并限制它的尺寸 - 无论是静态的还是动态的。

【参考方案2】：

我将实施到部分：

检查源源固定的约束 使用编译器选项检查大小限制

# 1. 检查源源固定的约束 #

来自@einpoklum 的建议，

## 1.1 将“array”头文件复制到“myArray”并添加“assert”##

...
namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)

_GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION

template<typename _Tp, std::size_t _Nm>
    struct array
    
       typedef _Tp                        value_type;
      ...
       typedef std::reverse_iterator<const_iterator>   const_reverse_iterator;

       // Support for zero-sized arrays mandatory.
       value_type _M_instance[_Nm ? _Nm : 1];

       static_assert(_Nm == NB, "Check array size...");  <<<<<<<<<<<<

  ... continue...

## 1.2 在主程序中定义数组大小##

const unsigned int NB = 10;  <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<w
#include <iostream>
#include "myArray.h" <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
...

示例 1：

const unsigned int NB = 10;
...
#include "myArray.h"
...
int main()

    array<int, 11> tab;
    ...

在编译时：错误：静态断言失败：检查数组大小...

# 2. 使用编译器选项检查大小限制 #

使用编译器选项来强制控制（限制误用的风险：例如 C 数组，或数组的多重定义，...

g++ 编译器选项：

-Wlarger-than=x : 检查对象的大小（以字节为单位）

-Wframe-larger-than=x : 检查函数的大小 [https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Warning-Options.html#Warning-Options][1] -Wframe-larger-than=byte-size

-Werror : 将警告转为错误

示例 1：（-Wlarger-than=10000）

const int NB = 100;
...
array<array<int, NB>,NB> tab ;

产生错误：...错误：'tab' 的大小为 40000 字节 [-Werror=larger-than=]|

示例 2：（简化示例）（-Wframe-larger-than=10000）

int main()

    array<array<int, 100>,100> tab ;
    int x;
    ...
    tab = produitTableau(tab, x);

    return 0;


array<array<int, 100>,100> produitTableau(array<array<int, 100>,100> t, int a)

...
   return t;

产生错误：...错误：80016 字节的帧大小大于 10000 字节 [-Werror=frame-larger-than=]|

80016 字节 = 制表符 10000*4=40000 字节 + 按值传递的参数 = 40000 字节 + 其他变量...