【C++】クラスをコピーしたら、終了時にクラッシュする原因とは？｜浅いコピーによる二重解放を再現して、Rule of Five・=delete・Rule of Zeroで直す

▼c1_shallow.cpp
#include <cstdio>

// 配列を持つだけの、簡単なクラス(コピーの書き方を、何も決めていない)
class Buffer
{
public:
    explicit Buffer(int n) : size_(n), data_(new int[n]) { for (int i = 0; i < n; ++i) data_[i] = i; }
    ~Buffer() { delete[] data_; std::printf("  ~Buffer: %p を解放\n", (void*)data_); }

    int* data() const { return data_; }

private:
    int  size_;
    int* data_;
};

int main()
{
    std::setvbuf(stdout, nullptr, _IONBF, 0);           // 落ちる直前までの出力が、消えないように、バッファしない
    std::printf("a を作る\n");
    Buffer a(4);
    {
        std::printf("b を、a のコピーとして作る\n");
        Buffer b = a;                                   // 自動で作られるコピー(中のポインタを、そのままコピーする)
        std::printf("  a.data() = %p, b.data() = %p\n", (void*)a.data(), (void*)b.data());
        std::printf("bのスコープを出る\n");
    }                                                   // b のデストラクタ → 配列を解放
    std::printf("main を出る\n");
    return 0;                                           // a のデストラクタ → 同じ配列を、もう一度解放
}

終了コード: 0xC0000374
--- 標準出力 ---
a を作る
b を、a のコピーとして作る
  a.data() = 000001C967133A70, b.data() = 000001C967133A70
bのスコープを出る
  ~Buffer: 000001C967133A70 を解放
main を出る

終了コード: 0x00000001
--- 標準出力 ---
a を作る
b を、a のコピーとして作る
  a.data() = 00000281416948E0, b.data() = 00000281416948E0
bのスコープを出る
  ~Buffer: 00000281416948E0 を解放
main を出る

▼c2_deep.cpp
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <utility>

// コピーを自分で書いた版(Rule of Three / Five)
class Buffer
{
public:
    explicit Buffer(int n) : size_(n), data_(new int[n]) { for (int i = 0; i < n; ++i) data_[i] = i; }
    ~Buffer() { delete[] data_; std::printf("  ~Buffer: %p を解放\n", (void*)data_); }

    // コピーコンストラクタ: 配列の中身まで、新しく作って、コピーする
    Buffer(const Buffer& other) : size_(other.size_), data_(new int[other.size_])
    {
        std::copy(other.data_, other.data_ + other.size_, data_);
    }
    // コピー代入: 自分自身への代入に気をつけて、古い配列を解放してから、コピーする
    Buffer& operator=(const Buffer& other)
    {
        if (this != &other)
        {
            int* newData = new int[other.size_];
            std::copy(other.data_, other.data_ + other.size_, newData);
            delete[] data_;
            data_ = newData;
            size_ = other.size_;
        }
        return *this;
    }
    // ムーブ: 配列の持ち主を、移すだけ(コピーしない)
    Buffer(Buffer&& other) noexcept : size_(other.size_), data_(other.data_) { other.data_ = nullptr; other.size_ = 0; }
    Buffer& operator=(Buffer&& other) noexcept
    {
        if (this != &other)
        {
            delete[] data_;
            data_ = other.data_; size_ = other.size_;
            other.data_ = nullptr; other.size_ = 0;
        }
        return *this;
    }

    int* data() const { return data_; }

private:
    int  size_;
    int* data_;
};

int main()
{
    std::printf("a を作る\n");
    Buffer a(4);
    {
        std::printf("b を、a のコピーとして作る\n");
        Buffer b = a;
        std::printf("  a.data() = %p, b.data() = %p\n", (void*)a.data(), (void*)b.data());
        b.data()[0] = 99;
        std::printf("  b を書き換えた後: a.data()[0] = %d, b.data()[0] = %d\n", a.data()[0], b.data()[0]);
        std::printf("bのスコープを出る\n");
    }
    std::printf("main を出る\n");
    return 0;
}

a を作る
b を、a のコピーとして作る
  a.data() = 00000201B6ECC630, b.data() = 00000201B6ECC810
  b を書き換えた後: a.data()[0] = 0, b.data()[0] = 99
bのスコープを出る
  ~Buffer: 00000201B6ECC810 を解放
main を出る
  ~Buffer: 00000201B6ECC630 を解放

a を作る
b を、a のコピーとして作る
  a.data() = 0000018302EB61E0, b.data() = 0000018302EB6230
  b を書き換えた後: a.data()[0] = 0, b.data()[0] = 99
bのスコープを出る
  ~Buffer: 0000018302EB6230 を解放
main を出る
  ~Buffer: 0000018302EB61E0 を解放

▼c3_delete.cpp
#include <cstdio>

// コピーを禁止した版
class Buffer
{
public:
    explicit Buffer(int n) : data_(new int[n]) {}
    ~Buffer() { delete[] data_; }

    Buffer(const Buffer&) = delete;               // コピーできなくする
    Buffer& operator=(const Buffer&) = delete;

private:
    int* data_;
};

int main()
{
    Buffer a(4);
    Buffer b = a;                                 // コピーしようとすると、コンパイルエラーになる
    return 0;
}

c3_delete.cpp
c3_delete.cpp(20): error C2280: 'Buffer::Buffer(const Buffer &)': 削除された関数を参照しようとしています
c3_delete.cpp(10): note: 'Buffer::Buffer' の宣言を確認してください
c3_delete.cpp(10): note: 'Buffer::Buffer(const Buffer &)': 関数は明示的に削除されました

▼c4_zero.cpp
#include <cstdio>
#include <vector>

// Rule of Zero: 自分でnew/deleteせず、vectorに任せる
class Buffer
{
public:
    explicit Buffer(int n) : data_(n) { for (int i = 0; i < n; ++i) data_[i] = i; }

    int* data() { return data_.data(); }

private:
    std::vector<int> data_;                       // コピーも、解放も、vectorが正しく行う
};

int main()
{
    Buffer a(4);
    {
        Buffer b = a;                             // 中身まで、コピーされる
        std::printf("a.data() = %p, b.data() = %p\n", (void*)a.data(), (void*)b.data());
        b.data()[0] = 99;
        std::printf("b を書き換えた後: a.data()[0] = %d, b.data()[0] = %d\n", a.data()[0], b.data()[0]);
    }
    std::printf("main を出る(デストラクタを、1つも書いていない)\n");
    return 0;
}

a.data() = 0000015D7048C890, b.data() = 0000015D7048C530
b を書き換えた後: a.data()[0] = 0, b.data()[0] = 99
main を出る(デストラクタを、1つも書いていない)

a.data() = 000002029308F070, b.data() = 000002029308F7F0
b を書き換えた後: a.data()[0] = 0, b.data()[0] = 99
main を出る(デストラクタを、1つも書いていない)