gcc -O2 的奇怪整数行为答案

【问题标题】：strange integer behavior with gcc -O2gcc -O2 的奇怪整数行为
【发布时间】：2012-10-04 14:06:59
【问题描述】：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

void sanity_check(int x)
{
    if (x < 0)
    {
        x = -x;
    }
    if (x == INT_MIN)
    {
        printf("%d == %d\n", x, INT_MIN);
    }
    else
    {
        printf("%d != %d\n", x, INT_MIN);
    }
    if (x < 0)
    {
        printf("negative number: %d\n", x);
    }
    else
    {
        printf("positive number: %d\n", x);
    }
}

int main(void)
{
    sanity_check(42);
    sanity_check(-97);
    sanity_check(INT_MIN);
    return 0;
}

当我用gcc wtf.c 编译上述程序时，我得到了预期的输出：

42 != -2147483648
positive number: 42
97 != -2147483648
positive number: 97
-2147483648 == -2147483648
negative number: -2147483648

但是，当我使用gcc -O2 wtf.c 编译程序时，我得到了不同的输出：

42 != -2147483648
positive number: 42
97 != -2147483648
positive number: 97
-2147483648 != -2147483648
positive number: -2147483648

注意最后两行。这到底是怎么回事？ gcc 4.6.3 优化是不是有点太急切了？

（我也用 g++ 4.6.3 对此进行了测试，我观察到同样奇怪的行为，因此是 C++ 标签。）

【问题讨论】：

不太愿意为可能更有经验的开发人员提供建议，但无论如何它可能对没有经验的开发人员有用。如果我看到仅由优化级别引起的“奇怪”差异，我首先要寻找的是 UB。

标签： c++ c gcc integer compiler-optimization

【解决方案1】：

当您执行 -(INT_MIN) 时，您正在调用未定义的行为，因为该结果不适合 int。

gcc -O2 注意到 x 永远不会是负数并在此后进行优化。它不在乎你是否溢出了这个值，因为它是未定义的，它可以随心所欲地对待它。

【讨论】：

没有什么能阻止编译器定义标准中的 UB，例如非捕获二进制补码算法。所以人们一定想知道，进行所谓的优化有什么好处？没有，据我所知。这是一个白痴的优化，恕我直言。因此，虽然编译器在形式上是在其权利范围内，但至少在这方面它是一个低质量实现。
pedr0 的回答中有一个例子。有关更多信息，请参见此处：blog.llvm.org/2011/05/…
非常感谢您的链接！请注意，前两段强烈暗示了“X 是做 Y 的一种可能方式，因此 Y 需要 X”这样的逻辑谬误。在那之后我停止了阅读...... :-)
@Cheersandhth.-Alf 你能具体说明什么公式暗示了这种谬误吗？我在“有符号整数溢出”部分或整篇文章的前两段中都没有找到任何内容。
@DanielFischer：例如，在第一段中， X" 优化为 "true">> 作为 >意味着[因为 X=overflow-is-UB 是实现 Y=optimization-of-x+1>x 的一种方式，因此 Y=optimization-of-x 需要 X=overflow-is-UB +1>x]。这是一个谬误。在第二段中，对逻辑的故意无知，或者如果你愿意的话，欺骗，甚至更糟：>作为一般陈述（它假装是）公然不真实。

【解决方案2】：

我认为这可以帮助你，来自这里：here

-fstrict-溢出允许编译器采用严格的有符号溢出规则，具体取决于正在编译的语言。对于 C（和 C++），这意味着在对有符号数进行算术运算时溢出是未定义的，这意味着编译器可能会假设它不会发生。这允许各种优化。例如，编译器会假设像 i + 10 > i 这样的表达式对于有符号 i 始终为真。此假设仅在有符号溢出未定义时才有效，因为如果在使用二进制补码算术时 i + 10 溢出，则表达式为假。当此选项生效时，任何确定对有符号数的操作是否会溢出的尝试都必须仔细编写，以免实际涉及溢出。此选项还允许编译器假定严格的指针语义：给定一个指向对象的指针，如果向该指针添加偏移量不会产生指向同一对象的指针，则添加是未定义的。这允许编译器得出结论，对于指针 p 和无符号整数 u，p + u > p 始终为真。这个假设只有在指针环绕未定义时才有效，因为如果 p + u 使用二进制补码算术溢出，则表达式为假。

另见 -fwrapv 选项。使用 -fwrapv 意味着整数有符号溢出是完全定义的：它会换行。使用 -fwrapv 时，对于整数，-fstrict-overflow 和 -fno-strict-overflow 没有区别。使用 -fwrapv 允许某些类型的溢出。例如，如果编译器在对常量进行算术运算时发生溢出，溢出的值仍然可以与 -fwrapv 一起使用，但不能用于其他情况。

-fstrict-overflow 选项在 -O2、-O3、-Os 级别启用。

【讨论】：