错误的乘法结果：未定义的行为或编译器错误？

Question

背景

在调试数值库中的问题时，我能够查明数字开始变得不正确的第一个位置。然而，C++ 代码本身似乎是正确的。因此，我查看了 Visual Studio 的 C++ 编译器生成的程序集，并开始怀疑存在编译器错误。

代码

我能够在代码的高度简化、隔离版本中重现该行为：

源B.cpp：

double alwaysOneB(double a[3]) {
    return 1.0;
}

主要.cpp：

#include <iostream>

__declspec(noinline)
bool alwaysTrue() {
    return true;
}

__declspec(noinline)
double alwaysOneA(const double a[3]) {
    return 1.0;
}

double alwaysOneB(double a[3]); // implemented in sourceB.cpp

int main() {
    double* result = new double[2];

    if (alwaysTrue()) {
        double v[3];
        v[0] = 0.0;
        v[1] = 0.0;
        v[2] = 0.0;

        alwaysOneB(v);

        double d = alwaysOneA(v); // d = 1

        std::cout << "d = " << d << std::endl; // output: "d = 1" (as expected)

        result[0] = d * v[2];
        result[1] = d * d; // should be: 1 * 1 => 1 
    }
    if (alwaysTrue()) {
        std::cout << "result[1] = " << result[1] << std::endl; // output: "result[1] = 2.23943e-47" (expected: 1)
    }

    delete[] result;
    return 0;
}

该代码包含一些对其他函数的虚假调用，（不幸的是）这些函数是重现问题所必需的。然而，预期的行为应该仍然非常清晰。的值1.0被分配给变量d，然后该变量与其自身相乘。该结果应该再次是1.0，它被写入数组并打印到控制台。所以期望的输出是：

d = 1
result[1] = 1

然而，获得的输出是：

d = 1
result[1] = 3.77013e+214

测试环境

该代码使用 Visual Studio Community 2019（最新更新，VS 16.11.9，VC++ 00435-60000-00000-AA327）附带的 C++ 编译器进行了测试。该问题仅在激活优化 ( /O2)时出现。编译生成/Od一个可以打印正确输出的二进制文件。

在简化的示例中（不适用于编译完整库时的原始问题）我还必须停用“完整程序优化”，否则编译器会删除我的虚假函数调用。

这个简化的示例仅在编译时重现问题x86（其他示例重现问题x64）。

完整的编译命令行如下： /permissive- /ifcOutput "Release\" /GS /analyze- /W3 /Gy /Zc:wchar_t /Zi /Gm- /O2 /sdl /Fd"Release\vc142.pdb" /Zc:inline /fp:precise /D "WIN32" /D "NDEBUG" /D "_CONSOLE" /D "_UNICODE" /D "UNICODE" /errorReport:prompt /WX- /Zc:forScope /Gd /Oy- /Oi /MD /FC /Fa"Release\" /EHsc /nologo /Fo"Release\" /Fp"Release\DecimateBug2.pch" /diagnostics:column

完整的 Visual Studio 解决方案下载：https://drive.google.com/file/d/1EyoX0uXEkvfJ_Fh649k9XjJQPdDUMik7/view ?usp=sharing

GNU 编译器和 Clang 都会生成打印所需结果的二进制文件。

问题

这段代码中是否有任何我看不到的未定义行为，并且证明了错误的结果？或者我应该将其报告为编译器错误？

编译器生成的汇编

对于两条乘法线

        result[0] = d * v[2];
        result[1] = d * d;

编译器生成以下汇编代码：

00CF1432  movsd       xmm1,mmword ptr [esp+18h]   // Load d into first part of xmm1
00CF1438  unpcklpd    xmm1,xmm1                   // Load d into second part of xmm1
00CF143C  movups      xmm0,xmmword ptr [esp+30h]  // Load second operands into xmm0
00CF1441  mulpd       xmm0,xmm1                   // 2 multiplications at one
00CF1445  movups      xmmword ptr [esi],xmm0      // store result

显然它尝试使用 一次执行两个乘法mulpd。在前两行中，它成功地将d操作数加载到寄存器的两个部分中xmm1（作为第一个操作数）。但当它尝试加载第二个操作数 (v[2]和) 时，它只是从地址 ( )d加载 128 位。这对于第一个乘法 ( )的第二个操作数来说没问题，但对于第二个乘法 ( ) 则不行。显然，代码假设它位于内存中紧随其后的位置。然而，事实并非如此。该变量实际上从未存储在内存中，它似乎只存在于寄存器中。v[2]esp+30hv[2]ddvd

这让我强烈怀疑编译器错误。但是，我想确认我没有遗漏任何可以证明错误组装的未定义行为。

Answer 1

尽管没有人发表答案，但从评论部分我可以得出这样的结论：

• 没有人在错误重现代码中发现任何未定义的行为。
• 至少你们中的一些人能够重现不良行为。

因此，我提交了针对 Visual Studio 2019 的错误报告。

微软团队确认了该问题。

然而，不幸的是，Visual Studio 2019 似乎不会收到错误修复，因为 Visual Studio 2022 似乎没有该错误。显然，没有该特定错误的最新版本对于微软的质量标准来说已经足够好了。

我对此感到失望，因为我认为编译器的正确性至关重要，而 Visual Studio 2022 刚刚发布了新功能，因此可能包含新错误。因此，不存在真正的“稳定版本”（一个是最前沿的，另一个没有修复错误）。但我想我们必须忍受这一点，或者选择一个不同的、更稳定的编译器。