程序在在线IDE上表现得很奇怪

Question

我遇到了下面的C++程序(源代码):

#include <iostream>
int main()
{
    for (int i = 0; i < 300; i++)
        std::cout << i << " " << i * 12345678 << std::endl;
}

它看起来像一个简单的程序,并在我的本地机器上提供正确的输出,例如:

0 0
1 12345678
2 24691356
...
297 -628300930
298 -615955252
299 -603609574

但是,在像codechef这样的在线IDE上,它提供了以下输出:

0 0
1 12345678
2 24691356
...
4167 -95167326
4168 -82821648
4169 -7047597

为什么for循环不在300处终止？此程序也始终终止4169.为什么4169而不是其他一些价值？

Answer 1

我将假设在线编译器使用GCC或兼容的编译器.当然,也允许任何其他编译器进行相同的优化,但GCC文档很好地解释了它的作用:

-faggressive-loop-optimizations

此选项告诉循环优化器使用语言约束来导出循环迭代次数的边界.这假设循环代码不会通过例如导致有符号整数溢出或超出范围的数组访问来调用未定义的行为.循环迭代次数的界限用于指导循环展开和剥离以及循环退出测试优化.默认情况下启用此选项.

该选项仅允许基于证明UB的情况做出假设.为了利用这些假设,可能需要启用其他优化,例如常量折叠.

有符号整数溢出具有未定义的行为.优化器能够证明任何i大于173的值都会导致UB,并且因为它可以假设没有UB,它也可以假设它i永远不会大于173.它可以进一步证明i < 300总是如此,并且所以可以优化循环条件.

为什么4169而不是其他一些价值？

这些站点可能会限制它们显示的输出行(或字符或字节)的数量,并且碰巧共享相同的限制.

Answer 2

"未定义的行为是未定义的." (C)

codechef上使用的编译器似乎使用以下逻辑:

1. 未定义的行为不会发生.
2. i * 12345678如果i > 173(假设32位ints)溢出并导致UB .
3. 因此,i永远不会超过173.
4. 因此i < 300是多余的,可以替换为true.

循环本身似乎是无限的.显然,codechef会在特定时间后停止程序或截断输出.

Answer 3

您正在调用未定义行为的第174次迭代可能是你的内for环路最高int值可能是2147483647尚未174 * 123456789表达式求2148147972是未定义的行为,因为没有符号的整数溢出.因此,您正在观察UB的影响,特别是在GCC编译器中设置了优化标志.编译器可能会通过发出以下警告警告您:

warning: iteration 174 invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]

删除(-O2)优化标志以观察不同的结果.

Answer 4

编译器可以假设不会发生未定义的行为,并且因为签名溢出是UB,它可以假设从不i * 12345678 > INT_MAX,因此也i <= INT_MAX / 12345678 < 300因此删除了检查i < 300.