迭代和取消引用指向内存的未对齐指针导致分段错误？ GCC优化器中的错误？答案

【问题标题】：Iterating and dereferencing unaligned pointer to memory causing segmentation fault ? Bug in GCC optimizer?迭代和取消引用指向内存的未对齐指针导致分段错误？ GCC优化器中的错误？
【发布时间】：2021-08-13 12:06:08
【问题描述】：

// Compiled with GCC 7.3.0, x86-64 -g -O3 -std=gnu++11
// Tested on OS (1) Ubuntu 18.04 LTS, (2) Gentoo

int Listen(... socket)
{
    char buffer[INT16_MAX];
    . . .
    . . . = recvfrom(socket, buffer, ....)
    ParseMsg(buffer)
}

void ParseMsg(uint8_t *const msg)
{
    . . .
    uint16_t* word_arr = (uint16_t*)(msg+15); // if I changed 15 to 16 (aligned to uint16_t) 
                                              // the program doesn't crash

    for(size_t i = 0 ; i < 30 ; ++i)
    {
        word_arr[i] = 1; // after some iterations (around 13) the program crashes with segmentation fault
                         // if i add a print statement inside the loop the program doesn't crash
    }

    // word_arr[20] = 1; // if I assign value not in loop the program doesn't crash 
}

我找到了一些讨论这个问题的链接：
https://github.com/samtools/htslib/issues/400
https://github.com/xianyi/OpenBLAS/issues/1137
但他们用处理器术语说话。有人可以确认这个错误存在吗？

附言
我使用 -O2 优化标志运行代码。没有崩溃

【问题讨论】：

您应该在调试器中查看失败的指令。很可能是向量指令。硬件是否通常接受该大小的未对齐读取并不重要，如果 C++ 标准规定未对齐读取是非法的，编译器可以使用该信息进行优化。
这不是优化器中的错误，而是您的代码中的问题。根据 C++ 标准，未对齐访问具有未定义的行为。
由于严格的别名规则，您的代码格式错误。请参阅最近的问题stackoverflow.com/a/67636420/12939557 和著名的问题stackoverflow.com/questions/98650/…。
@JérômeRichard 这里有点复杂。字符指针（包括 signed char 和 unsigned char）被明确排除在严格别名规则之外，并且在大多数实现中，uint8_t 是来自 unsigned char 的 typdef，因此不适用严格别名规则。
@Johan 确实！我对uint8_t 类型感到困惑。我的错。无论如何，解决此问题的解决方案看起来与类型双关问题相同：使用 memcpy（或 C++20 中的 bitcast，或 C 中的联合）。

标签： gcc optimization segmentation-fault compiler-optimization memory-alignment

【解决方案1】：

问题确实在 uint16_t 指针（应该是 2）的对齐下划线，结合 -O3 编译器正在尝试使用矢量化（SIMD）优化您的循环，因此尝试将未对齐的参数加载到SSE 注册。

这可以解释为什么它在以下情况下起作用：

您将偏移量从 15 更改为 16 - 导致 uint16_t 指针对齐
使用-O2 - 禁用矢量化
删除循环/在循环中添加打印 - 同时禁用矢量化

请参考以下链接，其中包含与您类似的问题和一些非常详细的答案：

c-undefined-behavior-strict-aliasing-rule-or-incorrect-alignment

【讨论】：

矢量化优化确实是个问题！使用 -03 和 -fno-tree-vectorize（禁用矢量化）编译导致程序不崩溃