Исследование COVID-19 и неинициализированная переменная

05 Фев 2021

Автор: Андрей Карпов

Существует открытый проект COVID-19 CovidSim Model, написанный на языке C++. Существует статический анализатор кода PVS-Studio, который умеет хорошо находить ошибки. Однажды они встретились. Познайте хрупкость алгоритмов математического моделирования и почему нужно прикладывать максимум усилий к качеству программного кода.

На днях мне понадобилось кое-что найти на GitHub, что является началом этой маленькой истории. Изучая результаты поиска, я случайно набрёл на проект COVID-19 CovidSim Model. Недолго думая, я решил проверить его с помощью анализатора PVS-Studio.

Проект оказался совсем крошечным. В нём всего 13 000 строк кода, если не считать пустые строки и комментарии. И ошибок там тоже почти нет. Но одна ошибка настолько проста и красива, что я не могу пройти мимо!

void CalcLikelihood(int run, std::string const& DataFile,
                    std::string const& OutFileBase)
{
  ....
  double m = Data[row][col]; // numerator
  double N = Data[row][col + 1]; // denominator
  double ModelValue;
  // loop over all days of infection up to day of sample
  for (int k = offset; k < day; k++)
  {
    // add P1 to P2 to prevent degeneracy
    double prob_seroconvert = P.SeroConvMaxSens *
      (1.0 - 0.5 * ((exp(-((double)(_I64(day) - k)) * P.SeroConvP1) + 1.0) *
      exp(-((double)(_I64(day) - k)) * P.SeroConvP2)));
    ModelValue += c * TimeSeries[k - offset].incI * prob_seroconvert;
  }
  ModelValue += c * TimeSeries[day - offset].S * (1.0 - P.SeroConvSpec);
  ModelValue /= ((double)P.PopSize);
  // subtract saturated likelihood
  LL += m * log((ModelValue + 1e-20) / (m / N + 1e-20)) +
        (N - m) * log((1.0 - ModelValue + 1e-20) / (1.0 - m / N + 1e-20));
  ....
}

Серьёзный научный код. Что-то считается. Формулы. Выглядит всё умно и обстоятельно.

Вот только все эти вычисления разбиваются о человеческую невнимательность. Хорошо, что на помощь может прийти анализатор кода PVS-Studio и указать на баг: V614 [CWE-457] Uninitialized variable 'ModelValue' used. CovidSim.cpp 5412

И действительно, посмотрим внимательнее на это:

double ModelValue;
for (int k = offset; k < day; k++)
{
  double prob_seroconvert = ....;
  ModelValue += c * TimeSeries[k - offset].incI * prob_seroconvert;
}

Перед нами простая и одновременно страшная ошибка: неинициализированная переменная. Этот алгоритм может насчитать всё что угодно.

Собственно, на этом всё. Пояснять тут нечего. Остаётся только вновь напомнить, что разработчики научных библиотек и научных приложений должны прикладывать дополнительные усилия для обеспечения качества кода. Падение обыкновенного приложения, скорее всего, будет стоить намного дешевле, чем использование некорректных результатов вычислений в научных, медицинских и прочих целях.

Это уже не первая наша статья на эту тему:

Используйте статический анализатор кода PVS-Studio! Польза от своевременно найденных ошибок может быть колоссальной. Спасибо за внимание.

#Cpp