C++ میں "ٹائم ٹریول" کا تجزیہ کرنا: پرانے کوڈ کو متاثر کرنے والے غیر متعینہ طرز عمل کی حقیقی دنیا کی مثالیں

C++ میں غیر متعینہ رویے کے اثرات کو سمجھنا

C++ میں غیر متعینہ رویہ اکثر ایسے کوڈ کو متاثر کرتا ہے جو غیر متعینہ رویے کے ہونے کے بعد انجام دیا جاتا ہے اور غیر متوقع پروگرام پر عمل درآمد کا سبب بن سکتا ہے۔ تاہم، غیر متعینہ رویہ "وقت کے ساتھ واپس سفر" کر سکتا ہے، اس کوڈ کو متاثر کر سکتا ہے جو بعض صورتوں کے مطابق، پریشانی والی لائن سے پہلے عمل میں لایا جاتا ہے۔ یہ مقالہ اس طرح کے رویے کی حقیقی، غیر فرضی مثالوں کی چھان بین کرتا ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ پروڈکشن گریڈ کمپائلرز میں غیر متعینہ رویے کے نتیجے میں غیر متوقع نتائج کیسے نکل سکتے ہیں۔

ہم کچھ ایسے منظرناموں کو تلاش کریں گے جن میں کوڈ غیر متعینہ رویے میں جانے سے پہلے غیر متزلزل رویے کو ظاہر کرتا ہے، اس خیال پر شک پیدا کرتا ہے کہ یہ اثر صرف بعد کے کوڈ تک پھیلا ہوا ہے۔ یہ مثالیں قابل توجہ نتائج پر توجہ مرکوز کریں گی، بشمول غلط یا غیر حاضر نتائج، C++ میں غیر متعینہ رویے کی پیچیدگیوں کی ایک جھلک پیش کرتے ہیں۔

C++ کے غیر متعینہ رویے پر ایک وسیع نظر

فنکشن کو تقسیم کرکے foo3(unsigned y, unsigned z) پہلے اسکرپٹ میں صفر سے، ہم غیر متعینہ رویے کی وضاحت کرنا چاہتے ہیں۔ bar() فنکشن کے ذریعہ بلایا جاتا ہے، جو پروگرام کو فوری طور پر ختم کرنے سے پہلے "Bar called" پرنٹ کرتا ہے۔ std::exit(0). اگلی لائن، a = y % z، کا مقصد ایک ماڈیولس آپریشن کرنا ہے جو کہ اس صورت میں z صفر ہے، غیر متعینہ سلوک پیدا کرتا ہے۔ ایسی صورت حال کی نقل کرنے کے لیے جہاں میں غیر متعینہ سلوک ہوتا ہے۔ foo3 کوڈ کے نفاذ کو متاثر کرتا ہے جو ایسا لگتا ہے کہ غیر متعینہ سلوک ہونے سے پہلے چلایا جاتا ہے، std::exit(0) اندر بلایا جاتا ہے bar(). یہ طریقہ بتاتا ہے کہ اگر پروگرام پریشانی والی لائن تک پہنچنے سے پہلے اچانک ختم ہو جائے تو کس طرح بے ضابطگیاں پیدا ہو سکتی ہیں۔

دوسرا اسکرپٹ کچھ مختلف حکمت عملی اپناتا ہے، جو کہ اندر غیر متعینہ رویے کی نقل کرتا ہے۔ bar() null pointer dereference کے استعمال سے طریقہ۔ حادثے کو متحرک کرنے کے لیے، ہم لائن شامل کرتے ہیں۔ (volatile int*)0 = 0 یہاں یہ ظاہر کرتا ہے کہ اسے استعمال کرنا کیوں ضروری ہے۔ volatile کمپائلر کو اصلاح کے ذریعے اہم کارروائیوں کو ختم کرنے سے روکنا۔ bar() کو ایک بار پھر استعمال کرنے کے بعد، فنکشن foo3(unsigned y, unsigned z) ماڈیولس آپریشن کی کوشش کرتا ہے۔ a = y % z. بلا کر foo3(10, 0)، اہم فعل جان بوجھ کر ناقابل وضاحت رویے کا سبب بنتا ہے۔ یہ مثال "ٹائم ٹریول" کی ایک ٹھوس مثال فراہم کرتی ہے جو غیر متعینہ رویے کے ذریعے لایا گیا ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ یہ کس طرح پروگرام کے منصوبہ بند عمل درآمد میں مداخلت کر سکتا ہے اور اسے ختم کرنے یا غیر متوقع طور پر برتاؤ کرنے کی طرف لے جا سکتا ہے۔

#include <iostream>
void bar() {
    std::cout << "Bar called" << std::endl;
    std::exit(0);  // This can cause undefined behaviour if not handled properly
}
int a;
void foo3(unsigned y, unsigned z) {
    bar();
    a = y % z;  // Potential division by zero causing undefined behaviour
    std::cout << "Foo3 called" << std::endl;
}
int main() {
    foo3(10, 0);  // Triggering the undefined behaviour
    return 0;
}

#include <iostream>
int a;
void bar() {
    std::cout << "In bar()" << std::endl;
    // Simulate undefined behaviour
    *(volatile int*)0 = 0;
}
void foo3(unsigned y, unsigned z) {
    bar();
    a = y % z;  // Potentially causes undefined behaviour
    std::cout << "In foo3()" << std::endl;
}
int main() {
    foo3(10, 0);  // Triggering undefined behaviour
    return 0;
}

غیر متعینہ سلوک اور کمپائلر کی اصلاح کی جانچ کرنا

C++ میں غیر متعینہ رویے کے بارے میں بات کرتے ہوئے، کمپائلر کی اصلاح کو مدنظر رکھا جانا چاہیے۔ تیار کردہ کوڈ کی تاثیر اور کارکردگی کو بڑھانے کے لیے جی سی سی اور کلینگ جیسے کمپائلرز کے ذریعے جارحانہ اصلاح کی تکنیک استعمال کی جاتی ہے۔ یہاں تک کہ جب کہ یہ اصلاحیں فائدہ مند ہیں، وہ غیر متوقع نتائج پیدا کر سکتی ہیں، خاص طور پر جب غیر متعینہ رویہ شامل ہو۔ کمپائلرز، مثال کے طور پر، اس بنیاد پر ہدایات کو دوبارہ ترتیب دے سکتے ہیں، ہٹا سکتے ہیں یا یکجا کر سکتے ہیں کہ وہ غیر متعینہ انداز میں برتاؤ نہیں کریں گے۔ اس سے پروگرام پر عمل درآمد کے عجیب و غریب نمونے پیدا ہو سکتے ہیں جن کا کوئی مطلب نہیں ہے۔ اس طرح کی اصلاح کا "ٹائم ٹریول" اثر پیدا کرنے کا غیر ارادی نتیجہ ہو سکتا ہے، جس میں غیر متعینہ رویہ اس کوڈ کو متاثر کرتا ہے جو غیر متعینہ کارروائی سے پہلے انجام دیا گیا تھا۔

جس طرح سے مختلف مرتب کرنے والے اور اس کے ورژن غیر متعینہ سلوک کو ہینڈل کرتے ہیں وہ ایک دلچسپ خصوصیت ہے۔ مرتب کرنے والوں کی اصلاح کی حکمت عملی جیسے جیسے وہ زیادہ ترقی یافتہ ہوتے جاتے ہیں بدل جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں ان طریقوں میں فرق ہوتا ہے جو غیر متعینہ رویے ظاہر ہوتے ہیں۔ اسی غیر متعینہ آپریشن کے لیے، مثال کے طور پر، کلینگ کا ایک خاص ورژن کوڈ کے ایک ٹکڑے کو پہلے یا بعد کے ورژن سے مختلف طریقے سے بہتر بنا سکتا ہے، جس سے مختلف قابل مشاہدہ رویے پیدا ہوتے ہیں۔ یہ مرتب کرنے والے کے اندرونی کاموں اور ان مخصوص حالات کا قریب سے جائزہ لیتا ہے جن میں ان باریکیوں کو مکمل طور پر سمجھنے کے لیے اصلاح کا استعمال کیا جاتا ہے۔ نتیجتاً، غیر متعینہ رویے کی چھان بین کرنے سے دونوں ترقی پذیر کوڈ میں مدد ملتی ہے جو کہ محفوظ اور زیادہ پیش قیاسی کے ساتھ ساتھ کمپائلر ڈیزائن اور اصلاح کی تکنیک کے بنیادی اصولوں کو سمجھتا ہے۔

غیر متعین سلوک کے امتحان کا اختتام

C++ میں غیر متعینہ رویے کا تجزیہ یہ بتاتا ہے کہ کمپائلر آپٹیمائزیشن کے نتیجے میں پروگرام کے غیر متوقع اور چونکا دینے والے نتائج کیسے نکل سکتے ہیں۔ یہ مثالیں ظاہر کرتی ہیں کہ کوڈ کی ناقص لائن سے پہلے بھی غیر متعینہ رویہ کس طرح کوڈ پر عمل درآمد پر غیر متوقع اثرات مرتب کر سکتا ہے۔ قابل اعتماد کوڈ لکھنے اور کمپائلر آپٹیمائزیشن کا موثر استعمال کرنے کے لیے ان باریکیوں کو سمجھنا ضروری ہے۔ جب کمپائلر تبدیل ہوتے ہیں تو ان طرز عمل پر نظر رکھنا ڈویلپرز کو پریشانی سے دور رکھنے کے قابل بناتا ہے اور زیادہ قابل اعتماد اور مستقل سافٹ ویئر تیار کرتا ہے۔