作者nh60211as (xXx_5354M3_31M0_xXx)
看板C_and_CPP
標題[閒聊] 令人驚訝的未定義行為例子
時間Tue Apr 26 11:33:33 2022
原文：
https://mohitmv.github.io/blog/Shocking-Undefined-Behaviour-In-Action/
看到一篇 C++ 未定義行為的簡單例子分享一下
簡單的有限迴圈變成無窮迴圈
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. }
編譯器： GCC 11.1.0
編譯選項： -Wall -Wextra -std=c++17 -pedantic-errors
https://wandbox.org/permlink/h1zB3mYSD3pCHiIV
使用以上編譯選項程式印出 9 次數字後就會正常結束
但是最佳化(-O2 或是 -O3)後執行會變成無窮迴圈
這是因為段程式碼有未定義行為(signed integer overflow)
由於編譯器在最佳化時可以假設 signed integer overflow 不會發生
編譯器會先將程式碼轉換為
1.
for (
int p =
0; p <
9 *
0x20000001; p +=
0x20000001) {
2.
std::
cout << p <<
std::
endl;
3.
if (buf[
0] ==
'x')
break;
4. }
接著把" p <
9 *
0x20000001 " 簡化為 true
因為 4,831,838,217 (9*0x20000001) 比 p 可能的最大值 INT_MAX 還大
所以結果永遠為 true
程式碼因此變成
1.
for (
int p =
0;
true; p+=
0x20000001) {
2.
std::
cout << p <<
std::
endl;
3.
if (buf[
0] ==
'x')
break;
4. }
而形成無窮迴圈
--
https://i.imgur.com/kCK9K0T.jpg
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1F：→ Lipraxde: 原來 loop 優化會這樣做喔！(◎_◎;) 04/26 12:31
2F：推 descent: 感謝分享 04/26 14:55
3F：推 pinefruit: 有趣！感謝分享～ 04/27 00:54
4F：推 milkdragon: 推～～感謝分享 04/28 08:13
5F：推 CaptainH: 一直很不理解這種"優化"道理何在 04/28 10:01
6F：→ longlongint: 用常數先算好 把乘法拔掉而已 04/28 10:33
7F：→ longlongint: 應該先講拔常數乘法 再講overflow 會比較順？ 04/28 10:34
8F：→ longlongint: 原po的寫法會讓人覺得編譯器在衝三小XD 04/28 10:34
9F：→ nh60211as: 我也覺得怪怪的，可是如果直接把p < 9*0x20000001 04/28 10:42
10F：→ nh60211as: 寫在 loop 條件裡編譯器會報 -Woverflow 警告， 04/28 10:44
11F：→ nh60211as: 所以它最佳化的方法滿有它在銃三小的感覺 04/28 10:44
12F：→ longlongint: 真的是衝三小耶 04/28 19:51
13F：→ tinlans: 這是 -faggressive-loop-optimizations 在 cunroll 做的 04/29 08:29
14F：→ tinlans: 事情，其實不用 -O3，用 -O1 編譯就看得見了，還會有警告 04/29 08:30
15F：→ tinlans: ，有興趣的可以編譯時下 -fdump-tree-all-details 然後看 04/29 08:32
16F：→ tinlans: 產生出來的 <file>.169t.cunroll 在做什麼，參考它前一步 04/29 08:32
17F：→ tinlans: <file>.156t.copyprop3 的輸出做前後比對。 04/29 08:33
18F：推 suhorng: @CaptainH 應該是典型的 induction variable elimination 05/03 15:50
19F：→ suhorng: 跟其他最佳化互動造成的意外 05/03 15:50
20F：→ suhorng: 畢竟程式原本沒有 undefined behavior 的話, 那換不換都 05/03 15:52
21F：→ suhorng: 不應該造成意外的結果. 所以產生意外的互動只能怪程式 05/03 15:52
22F：推 wulouise: 有UB就是程式有問題，所以會有什麼結果都不奇怪 05/08 20:01
23F：推 OnlyRD: 所以都要 cpplint & cppcheck 過才能上，用cppchec 05/15 20:31
24F：→ OnlyRD: k就抓出來了。 05/15 20:31
25F：推 Killercat: 不知道這例子 把p宣告為volatile int有沒有幫助 05/25 10:55
26F：推 LPH66: volatile 管的東西跟這個完全無關, 這並不是存取最佳化 05/25 18:18
27F：→ LPH66: 而是計算上的最佳化, 加上一些因為 UB 而有的假設出現的 05/25 18:19
28F：→ LPH66: 再提一次: UB = 編譯器可以方便行事, 假設不會有 UB 05/25 18:19