除以零并伴随运行时错误在 C++ 中有用吗？

Question

根据 C++ 标准 (5/5) 除以零是未定义的行为。现在考虑这段代码（有很多无用的语句来防止编译器优化代码）：

int main()
{
    char buffer[1] = {};
    int len = strlen( buffer );
    if( len / 0 ) {
        rand();
    }
}

Visual C++ 像这样编译if-statement：

sub         eax,edx 
cdq 
xor         ecx,ecx 
idiv        eax,ecx 
test        eax,eax 
je          wmain+2Ah (40102Ah) 
call        rand

很明显，编译器看到代码要除以零——它使用xor x,x 模式将ecx 清零，然后在整数除法中为第二个操作数提供服务。此代码在运行时肯定会触发“整数除以零”错误。

IMO 此类情况（当编译器知道代码将始终除以零时）值得出现编译时错误 - 标准并不禁止这种情况。这将有助于在编译时而不是在运行时诊断此类情况。

然而，我与其他几位开发人员交谈，他们似乎不同意 - 他们的反对意见是“如果作者想除以零来... emm... 测试错误处理怎么办？”

在没有编译器意识的情况下故意除以零并不难 - 使用 __declspec(noinline) Visual C++ 特定函数装饰器：

__declspec(noinline)
void divide( int what, int byWhat )
{
    if( what/byWhat ) {
       rand();
    }
}

void divideByZero()
{
    divide( 0, 0 );
}

它更具可读性和可维护性。当他“需要测试错误处理”并且在所有其他情况下都有很好的编译时错误时，可以使用该功能。

我错过了什么吗？是否有必要允许发射编译器知道除以零的代码？

Answer 1

可能有一些代码在从未调用的函数中意外被零除（例如，由于某些特定于平台的宏扩展），这些代码将不再与您的编译器一起编译，从而使您的编译器变得不那么有用。

此外，我在实际代码中看到的大多数除以零错误都是依赖于输入的，或者至少不适合静态分析。也许不值得进行检查。

Answer 2

除以 0 是未定义的行为，因为它可能会在某些平台上触发硬件异常。我们都希望有一个性能更好的硬件，但由于没有人认为具有 -INF/+INF 和 NaN 值的整数是合适的，所以这毫无意义。

现在，因为这是未定义的行为，可能会发生有趣的事情。我鼓励您阅读 Chris Lattner 关于未定义行为和优化的文章，我将在这里简单举个例子：

int foo(char* buf, int i) {
  if (5 / i == 3) {
    return 1;
  }

  if (buf != buf + i) {
    return 2;
  }

  return 0;
}

因为i被用作除数，所以它不为0。因此，第二个if微不足道，可以优化掉。

面对这样的转变，任何希望除以 0...理智行为的人都会大失所望。

Answer 3

在整数类型（int, short, long 等）的情况下，我想不出有任何用处来故意除以零。

但是，对于 IEEE 兼容硬件上的浮点类型，显式除以零非常有用。您可以使用它来生成正负无穷大 (+/- 1/0)，而不是数字 (NaN, 0/0) 值，这很有帮助。

在排序算法的情况下，您可以使用无穷大作为初始值，表示大于或小于所有可能的值。

出于数据分析的目的，您可以使用 NaN 来指示丢失或无效的数据，然后可以对其进行妥善处理。例如，Matlab 使用显式 NaN 值来抑制绘图中的缺失数据等。

虽然您可以通过宏和 std::numeric_limits（在 C++ 中）访问这些值，但能够自己创建它们很有用（并且可以让您避免大量“特殊情况”代码）。它还允许标准库的实现者避免求助于骇客（例如手动组装正确的 FP 位序列）来提供这些值。

Answer 4

如果编译器检测到除以 0，则编译器错误绝对没有错。您与之交谈的开发人员是错误的-您可以将该逻辑应用于每个编译错误。除以 0 是没有意义的。

Answer 5

在编译时检测除以零是您希望成为编译器警告的事情。这绝对是个好主意。

我不喜欢 Microsoft Visual C++，但 G++ 4.2.1 会 做这样的检查。尝试编译：

#include <iostream>

int main() {
    int x = 1;
    int y = x / 0;
    std::cout << y;
    return 0;
}

它会告诉你：

test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:5: warning: division by zero in ‘x / 0’

但考虑到它，错误是一个滑坡，精明的人知道不要花费太多业余时间攀登。想想我写的时候为什么G++没有什么可说的：

int main() {
    while (true) {
    }
    return 0;
}

你认为它应该编译那个，还是给出一个错误？它应该总是发出警告吗？如果您认为它必须干预所有此类情况，我急切地等待您编写的编译器副本，它只编译保证成功终止的程序！ :-)