作者PkmX (阿貓)
看板C_and_CPP
標題[閒聊] 關於C++的雷
時間Mon Sep 25 22:14:26 2017
聽說最近大家在討論雷，我目前覺得最雷的應該就是這個了：
int main() {
while (true); // UB in C++11 or later
}
是的，infinite loop 在 C++11 是 undefined behavior：
4.7.2 [intro.progress]
The implementation may assume that any thread will eventually do
one of the following:
— terminate,
— make a call to a library I/O function,
— perform an access through a volatile glvalue, or
— perform a synchronization operation or an atomic operation.
( 註：當標準說你可以 assume P 的時候，言下之意就是 not P 是 UB )
很明顯上面的 loop 不屬於這四個的其中一個
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於是國外就有無聊人士(?)造了一個例子用窮舉法找費式最後定理的反例，
理論上當然是找不到的，所以該 loop 應該是個無窮迴圈：
#include <cstdint>
#include <iostream>
bool fermat() {
constexpr int32_t MAX = 1000;
int32_t a = 1, b = 1, c = 1;
// Infinite loop
while (true) {
if (((a*a*a) == ((b*b*b)+(c*c*c))))
return false;
++a;
if (a > MAX) { a=1; ++b; }
if (b > MAX) { b=1; ++c; }
if (c > MAX) { c=1; }
}
return true;
}
int main() {
if (!fermat())
std::cout << "Fermat's Last Theorem has been disproved.";
else
std::cout << "Fermat's Last Theorem has not been disproved.";
std::cout << std::endl;
}
$ clang++ -O2 test.cpp && ./a.out
Fermat's Last Theorem has been disproved.
Oops.
( 如果用 -O0 或是 GCC 的確是會進入無窮迴圈 )
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那在 C 底下的行為是怎麼樣呢？C11 的標準如此說：
6.8.5 Iteration statements
6 An iteration statement whose controlling expression is not a constant
expression (156) that performs no input/output operations, does not access
volatile objects, and performs no synchronization or atomic operations
in its body, controlling expression, or (in the case of for statement) its
expression-3, may be assumed by the implementation to terminate. (157)
157) This is intended to allow compiler transformations such as removal of
empty loops even when termination cannot be proven
while(1); 的 1 剛好是一個 constant expression ，所以這條不適用，
但是稍微修改一下變成 while(1,1); 多了 comma op 就不是 constant expression 了，
這樣的話 compiler 的確是可以把 while(1,1); 拿掉的
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同場加映，踩到 UB 的下場：
#include <stdio.h>
static void (*fp)(void);
void kerker(void) {
puts("rm -rf /");
}
void never_called(void) {
fp = kerker;
}
int main(void) {
fp();
return 0;
}
$ clang test.c -O2 && ./a.out
rm -rf /
--
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※ 文章網址: https://webptt.com/m.aspx?n=bbs/C_and_CPP/M.1506348868.A.0C3.html
1F：推 freef1y3: 推推 09/25 23:19
2F：→ james732: 同場加映我看不懂發生了什麼事 Q_Q 09/25 23:20
3F：→ asilzheng: never_called有被呼叫到？？？ 09/25 23:49
4F：推 stucode: 同場加映是 null pointer dereference 的 UB 吧 09/25 23:51
5F：推 LPH66: 我猜...因為 fp() 當 fp == NULL 時是 UB, 所以編譯器假設 09/25 23:56
6F：→ LPH66: 寫 fp() 時 fp 非空, 那非空時其值為何我猜就偷看其他函式 09/25 23:57
當然也要剛好 fp 是 static 且它的 address 沒有被 escape 到 TU 之外，
註解裡面的寫法都會讓這個「最佳化」失效：
https://godbolt.org/g/1uwjBQ
因為 fp 可能的值只有 { NULL, kerker }，而呼叫 NULL 是 UB，
所以編譯器可以直接認定 fp 一定是 kerker 然後直接 inline 進去
7F：推 KAOKAOKAO: 同場加映參見： 09/26 00:09
8F：→ KAOKAOKAO: Why undefined behavior may call a never-called func 09/26 00:09
9F：→ KAOKAOKAO: google 就有 09/26 00:09
10F：推 chuegou: 老師他偷看！ 09/26 00:14
11F：推 Caesar08: 09/26 01:15
※ 編輯: PkmX (140.113.193.217), 09/26/2017 01:31:30
12F：推 LPH66: 所以我猜對了XD 果然是偷看之後最佳化掉了 09/26 01:28
13F：推 firejox: 推推 09/26 03:39
14F：推 Neisseria: 原 po 很專業，但沒事不會想這樣寫 XD 09/26 04:34
15F：推 stucode: 推推，感謝說明還有關鍵字。 09/26 05:31
16F：推 descent: 感謝分享 09/26 09:11
17F：推 descent: clang++ -O2 根據什麼把 loop 消去? 09/26 10:27
18F：推 shadow0326: 長知識 09/26 11:03
19F：推 james732: 感謝說明，UB好可怕 09/26 12:54
20F：推 Sidney0503: 這個有歡樂 09/26 18:12
21F：推 splasky: 推 09/26 21:56
22F：推 VictorTom: 雷爆了~~以前在UserMode塞while(true)等debugger欸.Orz 09/27 02:59
23F：推 st1009: 加映執行是不是電腦會被刪光阿？ 09/27 22:28
24F：推 Lipraxde: 看到"rm -rf /"就怕怕 QwQ 09/27 23:20
25F：→ dou0228: 同場加映的，平常就要養成習慣給初始值 09/28 09:04
26F：→ kdjf: 等debugger就不會開太大的OPT吧,應該沒差(?) 09/28 15:29
27F：推 yvb: 至少 P 大很有良心地給 puts() 而非 system() 來加映. 09/28 19:16
28F：推 KoenigseggG: 但還是嚇到人了XD 09/28 20:08
29F：推 dou0228: 給 system() 就看看誰沒事愛用root 登入囉 09/29 08:50