C++ g++；循环的优化中断

几天前，我遇到了我认为是g++5.3中的一个bug，它涉及到在更高的

-OX

优化级别上嵌套for循环。（专门为

-O2

和

-O3

体验过）。问题是，如果有两个嵌套的for循环，它们有一些内部和来跟踪总迭代次数，一旦这个和超过其最大值，它就会阻止外部循环终止。我所能复制的最小代码集是：

int main(){
    int sum = 0;
    //                 Value of 100 million. (2047483648 less than int32 max.)
    int maxInner = 100000000;

    int maxOuter = 30;

    // 100million * 30 = 3 billion. (Larger than int32 max)

    for(int i = 0; i < maxOuter; ++i)
    {
        for(int j = 0; j < maxInner; ++j)
        {
            ++sum;
        }
        std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;
    }
}

但是，当使用

g++-O2-o run.me main.cpp

编译时，外部循环无法终止。（这仅在

maxInner*maxOuter>2^31

时发生）当总和不断溢出时，它不应以任何方式影响其他变量。我也在Ideone.com上测试了这个，测试用例如下：

因此，我的问题是双重的

总和的值如何以某种方式影响系统？没有基于其值的决策，它仅用于计数器和

std:：cout

语句。

在不同的优化级别上，什么可能导致显著不同的结果？

<> P>提前感谢您抽出时间阅读并考虑我的问题。

---

注意：此问题与现有问题不同，例如：因为该问题的问题是sentinal变量溢出。但是，这个问题中的前哨变量

i

和

j

都不会超过100m的值，更不用说2^31了。

您的代码调用未定义的行为，因为整数和溢出。你说“这不应该以任何方式影响其他变量”。错。一旦你有了未定义的行为，所有的可能性都会消失。任何事情都有可能发生

gcc以假设不存在未定义行为的优化而闻名，如果出现未定义行为，我们可以说一些有趣的事情

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解决方法：不要这样做

这是一个对正确代码完全有效的优化。你的代码不正确

GCC认为，达到循环退出条件

i>=maxOuter

的唯一方法是，在计算

sum

的早期循环迭代中，如果您有符号整数溢出。编译器假定不存在有符号整数溢出，因为标准C中不允许有符号整数溢出。因此，

i

可以优化为

true

这由

-faggressive循环优化

标志控制。通过向命令行参数添加

-fno积极的循环优化

，您应该能够获得预期的行为。但最好是确保你的代码是有效的。使用无符号整数类型可获得有保证的有效环绕行为。

正如@hvd指出的，问题在于无效代码，而不是编译器

在程序执行期间，

sum

值溢出

int

范围。由于

int

默认情况下是

signed

的，并且

signed

值的溢出在C中会导致未定义的行为*，因此编译器可以自由地执行任何操作。正如有人在某处指出的，龙可能会从你的鼻子里飞出来。结果只是没有定义

造成差异的原因是测试终端条件。当编译器优化您的循环时，它意识到它可以优化掉内部循环，使其

int sum = 0;
for(int i = 0; i < maxOuter; i++) {
    sum += maxInner;
    std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;
}

这看起来像是观察到的行为

*：根据第6.5节表达式：

如果在表达式求值期间出现异常情况（即，如果结果未在数学上定义或不在其类型的可表示值范围内），则行为未定义

**：根据附录H，H.2.2：

C的无符号整数类型在LIA中为“模”−1表示溢出或越界结果会自动换行

---

我对这个话题做了一些研究。我用

gcc

和

g++

（Manjaro上的5.3.0版）编译了上面的代码，得到了一些非常有趣的东西

描述 为了使用

gcc

（即C编译器）成功编译它，我已经替换了

#include <iostream>
...
std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;

main.cpp：

#ifdef ORIG
#include <iostream>
#else
#include <stdio.h>
#endif

int main(){
    int sum = 0;
    //                 Value of 100 million. (2047483648 less than int32 max.)
    int maxInner = 100000000;

    int maxOuter = 30;

    // 100million * 30 = 3 billion. (Larger than int32 max)

    for(int i = 0; i < maxOuter; ++i)
    {
        for(int j = 0; j < maxInner; ++j)
        {
            ++sum;
        }
#ifdef ORIG
        std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;
#else
        printf("i = %d sum = %d\n", i, sum);
#endif
    }
}

#ifdef ORIG
#包括
#否则
#包括
#恩迪夫
int main（）{
整数和=0；
//价值1亿（2047483648小于int32最大值）
int maxInner=100000000；
int maxOuter=30；
//1亿*30=30亿（大于int32最大值）
对于（int i=0；istd：：coutWhen你写的时候，你的程序可以做任何事情。人们总是通过打开优化来发现“编译器错误”。我还没有看到他们的代码没有被破坏的情况。你很幸运，只得到了一个无限循环——龙可能会在我们说话的时候从你鼻子里出来。你不能“包含”未定义的行为。即使在时间上-如果你在代码中的某个点执行了一些非法操作，甚至在你接近该操作之前发生的一切都是未定义的。@Chris，这就是为什么它被称为未定义的行为。对我们人类来说，似乎合乎逻辑的行为对优化器来说并不重要，这是一个相当复杂的野兽。可能是d这也许是一篇有趣的评论，但它没有回答OP提出的两个明确的问题，也没有试图回答。鉴于OP出于某种原因决定接受你的帖子作为正确答案，它不太可能发生任何事情，但作为提醒，通常像这样的帖子会被删除。Putti不过，在一篇也能回答问题的帖子中，把你的测试作为额外的评论是完全合适的。@hvd谢谢你的通知。我意识到
int i = 0;
for(int sum = 0;/* nothing here evaluates to true */; sum += maxInner) {
    i++;
    std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;
}

#include <iostream>
...
std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;

#include <stdio.h>
...
printf("i = %d sum = %d\n", i, sum);

$ gcc -x c -Wall -Wextra -O2 -DORIG=1 -o gcc_opt_orig  main.cpp

#ifdef ORIG
#include <iostream>
#else
#include <stdio.h>
#endif

int main(){
    int sum = 0;
    //                 Value of 100 million. (2047483648 less than int32 max.)
    int maxInner = 100000000;

    int maxOuter = 30;

    // 100million * 30 = 3 billion. (Larger than int32 max)

    for(int i = 0; i < maxOuter; ++i)
    {
        for(int j = 0; j < maxInner; ++j)
        {
            ++sum;
        }
#ifdef ORIG
        std::cout<<"i = "<<i<<" sum = "<<sum<<std::endl;
#else
        printf("i = %d sum = %d\n", i, sum);
#endif
    }
}