作者nh60211as (xXx_5354M3_31M0_xXx)
看板C_and_CPP
标题[闲聊] 令人惊讶的未定义行为例子
时间Tue Apr 26 11:33:33 2022
原文：
https://mohitmv.github.io/blog/Shocking-Undefined-Behaviour-In-Action/
看到一篇 C++ 未定义行为的简单例子分享一下
简单的有限回圈变成无穷回圈
1.
#include <iostream>
2.
3.
int main() {
4.
char buf[
50] =
"y";
5.
for (
int j =
0; j <
9; ++j) {
6.
std::
cout << (j *
0x20000001) <<
std::
endl;
7.
if (buf[
0] ==
'x')
break;
8. }
9. }
编译器： GCC 11.1.0
编译选项： -Wall -Wextra -std=c++17 -pedantic-errors
https://wandbox.org/permlink/h1zB3mYSD3pCHiIV
使用以上编译选项程式印出 9 次数字後就会正常结束
但是最佳化(-O2 或是 -O3)後执行会变成无穷回圈
这是因为段程式码有未定义行为(signed integer overflow)
由於编译器在最佳化时可以假设 signed integer overflow 不会发生
编译器会先将程式码转换为
1.
for (
int p =
0; p <
9 *
0x20000001; p +=
0x20000001) {
2.
std::
cout << p <<
std::
endl;
3.
if (buf[
0] ==
'x')
break;
4. }
接着把" p <
9 *
0x20000001 " 简化为 true
因为 4,831,838,217 (9*0x20000001) 比 p 可能的最大值 INT_MAX 还大
所以结果永远为 true
程式码因此变成
1.
for (
int p =
0;
true; p+=
0x20000001) {
2.
std::
cout << p <<
std::
endl;
3.
if (buf[
0] ==
'x')
break;
4. }
而形成无穷回圈
--
https://i.imgur.com/kCK9K0T.jpg
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1F：→ Lipraxde: 原来 loop 优化会这样做喔！(◎_◎;) 04/26 12:31
2F：推 descent: 感谢分享 04/26 14:55
3F：推 pinefruit: 有趣！感谢分享～ 04/27 00:54
4F：推 milkdragon: 推～～感谢分享 04/28 08:13
5F：推 CaptainH: 一直很不理解这种"优化"道理何在 04/28 10:01
6F：→ longlongint: 用常数先算好 把乘法拔掉而已 04/28 10:33
7F：→ longlongint: 应该先讲拔常数乘法 再讲overflow 会比较顺？ 04/28 10:34
8F：→ longlongint: 原po的写法会让人觉得编译器在冲三小XD 04/28 10:34
9F：→ nh60211as: 我也觉得怪怪的，可是如果直接把p < 9*0x20000001 04/28 10:42
10F：→ nh60211as: 写在 loop 条件里编译器会报 -Woverflow 警告， 04/28 10:44
11F：→ nh60211as: 所以它最佳化的方法满有它在铳三小的感觉 04/28 10:44
12F：→ longlongint: 真的是冲三小耶 04/28 19:51
13F：→ tinlans: 这是 -faggressive-loop-optimizations 在 cunroll 做的 04/29 08:29
14F：→ tinlans: 事情，其实不用 -O3，用 -O1 编译就看得见了，还会有警告 04/29 08:30
15F：→ tinlans: ，有兴趣的可以编译时下 -fdump-tree-all-details 然後看 04/29 08:32
16F：→ tinlans: 产生出来的 <file>.169t.cunroll 在做什麽，参考它前一步 04/29 08:32
17F：→ tinlans: <file>.156t.copyprop3 的输出做前後比对。 04/29 08:33
18F：推 suhorng: @CaptainH 应该是典型的 induction variable elimination 05/03 15:50
19F：→ suhorng: 跟其他最佳化互动造成的意外 05/03 15:50
20F：→ suhorng: 毕竟程式原本没有 undefined behavior 的话, 那换不换都 05/03 15:52
21F：→ suhorng: 不应该造成意外的结果. 所以产生意外的互动只能怪程式 05/03 15:52
22F：推 wulouise: 有UB就是程式有问题，所以会有什麽结果都不奇怪 05/08 20:01
23F：推 OnlyRD: 所以都要 cpplint & cppcheck 过才能上，用cppchec 05/15 20:31
24F：→ OnlyRD: k就抓出来了。 05/15 20:31
25F：推 Killercat: 不知道这例子 把p宣告为volatile int有没有帮助 05/25 10:55
26F：推 LPH66: volatile 管的东西跟这个完全无关, 这并不是存取最佳化 05/25 18:18
27F：→ LPH66: 而是计算上的最佳化, 加上一些因为 UB 而有的假设出现的 05/25 18:19
28F：→ LPH66: 再提一次: UB = 编译器可以方便行事, 假设不会有 UB 05/25 18:19