为什么不定义一些未定义的行为？

Question

C++ 不定义某些行为（例如更好的错误检查）的原因是什么？为什么不抛出一些错误并停止呢？

一些伪代码例如：

if (p == NULL && op == deref){
    return "Invalid operation"
 }

对于整数溢出：

if(size > capacity){
    return "Overflow"
}

我知道这些都是非常简单的例子。但我很确定大多数 UB 都能被编译器捕获。那么为什么不实施它们呢？因为它确实很耗时并且不进行错误检查更快？一些 UB 可以通过单个 if 语句捕获。那么也许速度并不是唯一的问题？

Answer 1

因为每次使用指针时编译器都必须添加这些指令。C++ 程序使用大量指针。所以会有很多这样的指令供计算机运行。C++ 的哲学是您不应该为不需要的功能付费。如果需要空指针检查，可以编写空指针检查。制作一个自定义指针类来检查它是否为空非常容易。

在大多数操作系统上，取消引用空指针肯定会导致程序崩溃。整数溢出一定会回绕。C++ 不仅可以在这些操作系统上运行 - 它也可以在其他不支持的操作系统上运行。因此，该行为不是在 C++ 中定义的，而是在操作系统中定义的。

尽管如此，一些编译器编写者意识到，通过再次取消定义，他们可以使程序更快。因此，可以进行数量惊人的优化。有时会有一个命令行选项告诉编译器不要取消定义行为，例如-fwrapv.

常见的优化是简单地假设程序永远不会到达具有 UB 的部分。就在昨天，我看到一个问题，有人写了一个显然不是无限循环的：

int array[N];
// ...
for(int i = 0; i < N+1; i++) {
    fprintf(file, "%d ", array[i]);
}

但它是无限的。为什么？问问题的人已经打开了优化。编译器可以看到最后一次迭代中有 UB，因为array[N]超出了范围。所以它假设程序在最后一次迭代之前神奇地停止了，所以它不需要检查最后一次迭代并且可以删除该部分i < N+1。

大多数时候，由于宏或内联函数，这是有意义的。有人写了这样的代码：

int getFoo(struct X *px) {return (px == NULL ? -1 : px->foo);}

int blah(struct X *px) {
    bar(px->f1);
    printf("%s", px->name);
    frobnicate(&px->theFrob);
    count += getFoo(px);
}

并且编译器可以做出非常合理的假设，即px不为空，因此它删除了px == NULL检查并getFoo(px)与px->foo. 这通常就是为什么编译器编写者选择保持它未定义，即使它可以很容易地定义。

Answer 2

编译器已经有开关来启用这些检查（这些检查称为消毒剂，例如-fsanitize=address，-fsanitize=undefined在 GCC 和 Clang 中）。

标准总是要求这些检查是没有意义的，因为它们会损害性能，因此您可能不希望在发布版本中使用它们。