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   IT ニュース＆コラム    2014/ 3/17   通巻657号  技術版

                             ソフトウェアデザイン館  Sage Plaisir 21

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      アドレスやポインターを配列にするな - リーダブル・コード(20)


音声データのようなデジタル データがどのようになっているかは、相対アドレス
（オフセット）によって定義されています。 たとえば、下記のように、データの
先頭が相対アドレスの基準（相対アドレス＝0x00）としたら、データの長さが 
相対アドレス 0x04 にあって、データの並びが相対アドレス 0x08 から並んでいる
といったような感じです。 JPEG や MPEG などのバイナリーファイルもこのような
相対アドレスによって定義されています。

Addr Size Description
--------------------------------
0x00 0x04 データの種類
0x04 0x04 データXの長さ（バイト数）
0x08 0x02 データX[0]
0x0A 0x02 データX[1]
0x0C 0x02 データX[2]
　:　　　:
Y+0x00 0x04 データYの長さ（バイト数）
Y+0x04 0x02 データY[0]
Y+0x06 0x02 データY[1]
　:　　　:

バイナリー データをファイルから読み込んで、下記の配列に入っていたとします。

uint8_t  data[ 0x100 ];

データの長さは、次のようにすれば取得できます。 data 配列の 0x04 番目から
4バイトの整数型（uint32_t）としてリードします（エンディアンの変換が
不要な場合）。

uint32_t  x_length = *(uint32_t*) &data[ 0x04 ];

これを、ポインター形式（アドレス形式）で書くと次のようになります。 
data 配列の先頭アドレスから +0x04 したアドレスから、4バイトの整数型（uint32_t）
としてリードします。

uint32_t  x_length = *(uint32_t*)( data + 0x04 );

前者（配列形式）と後者（アドレス形式）のどちらが読みやすいでしょうか。 

data 配列があるという前提を考えるなら、前者の方が読みやすいでしょう。 
こうして、後者のようなアドレス形式（ポインター演算）の表現を禁止して、
前者に統一しましょうというコーディング ルールができあがります。

では、応用編です。 データY[1] を取得するコードは、配列形式では、

uint32_t  x_length = *(uint32_t*) &data[ 0x04 ];
int16_t*  array_of_X = (int16_t*) &data[ 0x08 ];
uint32_t  offset_to_Y = &array_of_X[ x_length / 2 ];
int16_t*  array_of_Y = (int16_t*) &data[ offset_to_Y + 0x04 ];
data_Y_1 = array_of_Y[ 1 ];

アドレス形式では、

uint32_t  x_length = *(uint32_t*)( data + 0x04 );
int16_t*  array_of_Y = (int16_t*)( data + 0x08 + x_length + 0x04 );
data_Y_1 = array_of_Y[ 1 ];

となります。 どちらが分かりやすいでしょうか。 

前者は、data 配列とオフセットの２つを意識しなければなりませんが、
後者はアドレスだけを意識するだけでよくなります。 つまり、読みやすいのです。

そもそも前者はコードの量が多いから読みにくくなっているのであって、
その原因である array_of_X 変数と offset_to_Y 変数を作るのは不公平だ、
と考えるかも知れません。 しかし、前者は、array_of_X 変数と offset_to_Y 
変数を経由しなければなりません。 なぜなら、ポインターを使わないということは、
アドレスという概念を使って表現してはいけないからです。 

そんな難しいことは考えずに、array_of_X 変数と offset_to_Y 変数がなくても
よいと考えるなら、

int16_t*  array_of_Y = (int16_t*) &data[ 0x08 + x_length + 0x04 ];

となり、後者とほとんど変わらないと思うかもしれません。 しかし、これでも、
読むときは全然違います。 なぜなら、演算子の優先順位から、data[ 0x08 + ... ] 
は、data[ 0x08 ] とは違うものとして、0x08 を先に読んでしまうからです。 
そして、0x08 って何？ となるわけです。 0x08 + ... は、オフセットなん
だろうけど、その一部である 0x08 はオフセットと考えてよい確証がなく
なっているのです。 読みにくいどころか、確証をもって読めないのです。

data + 0x08 + x_length + 0x04 は、data（配列の先頭アドレス）を出発点と
して、+ 0x08 して + x_length して + 0x04 するというように、統一した
読み方ができます。 この考えができるのも、アドレスの次元で計算を考えて
いるからこそです。 しかも、演算子の優先順位から 0x08 + x_length より 
data + 0x08 が先に計算され、それは「データXの長さ」が入った変数のアドレス
であると確証が持てます。 そもそも、バイナリー形式のデータの資料には、
アドレスで書いてあるのに、わざわざ配列に置き換えてしまうのは、余計な
ことなのです。 もし、&data[ 0x08 + x_length + 0x04 ] と書かれていたら、
配列（ポインター）の型に注意しながら、data + 0x08 + x_length + 0x04 に
式を変換して、初めて資料と照らし合わせることができます。

ポインターに対する加減算を禁止するコーディング ルールができる大きな要因は、
1バイト以外の整数や構造体へのポインターの加減算が +1 単位では
ないことです。 これは、おそらくポインターをアドレスではなく、配列の
インデックス（配列番号）として考えて C言語の仕様を決めてしまったのだろうと
思いますが、確かにこれはポインターの型を注意しなければならないため、
ややこしいです。 ですから、ポインターに対する加減算を禁止するのではなく、
1バイト以外の整数へのポインターに対する加減算を禁止すればよいのです。 
もしくは、uintptr_t 型にキャストしてから計算すればよいのです。 ただ、
そのキャストを禁止するルールもあるから厄介です。 上記の配列形式で使われて
いるポインター型のキャストを禁止するルールもあります。

バイナリー データをよく扱うのは、組込み系です。 しかし、こういったルールが、
組込み系のコーディング ルールとして存在するのですから不思議なことです。

参考：
組込みソフトウェア開発向けコーディング作法ガイド - IPA
  http://www.ipa.go.jp/sec/publish/tn06-004.html
    R1.3.1 ポインタの指す範囲に気を付ける
    R2.7.1 ポインター型と整数型の間で変換してはならない



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