GCC 优化忽略循环条件

Posted 2023-03-25

【中文标题】GCC 优化忽略循环条件

【英文标题】：GCC optimalizations ignore for loop condition

【发布时间】：2021-07-05 15:17:32

【问题描述】：

所以我写了这段代码：

#include <iostream>

constexpr
int fibonacci (int n) 
    int a = 0;
    int b = 1;

    for(auto i = 0; i < n; i++) 
        b += a;
        a = b - a;
    
    return b;


template<int N, int (T)(int)>
struct array 
    using type = decltype(T(0));

    constexpr array() : arr() 
        for (auto i = 0; i < N; ++i) 
            arr[i] = T(i);
        
    
    const type &operator[](int i) const  return arr[i]; 

private:
    type arr[N];
;

int main() 
    constexpr auto x = array<10, fibonacci>();

    for (int i = 0; i < 11; i++) 
        std::cout << i << " " << x[i] << std::endl;
    

如果没有优化，它会按预期工作，打印 11 个值，最后一个是随机值。但是，一旦我移至 -O2，我就会随机获得一长串数字，其中包含崩溃和分段错误。 我在 godbolt.org (https://godbolt.org/z/4MqjbPbxE) 上检查了这个结果，它似乎不是问题，例如，clang。

我的问题是，这是 gcc 中的错误吗？为什么优化会删除/不检查 for 循环中的条件？

【问题讨论】：

索引越界是 UB。在不同的优化级别得到不同的结果是 UB 一个完全合理的结果。

array<10, fibonacci> 让我很困惑。我以为它应该是std::array。

如果 i >= 10 那么你有未定义的行为。允许编译器注意到这一点，并假设i < 10 始终为真。有了这个假设，i < 11 就是true。

为什么会做出这样的假设？速度。它需要测试的东西少了一件。程序要做的越少，它就越快。您的代码不是计算机要执行的指令列表。它是对行为的描述。编译器的工作是接受该行为并生成指令列表。优化级别越高，编译器将花费更多时间寻找更快的方法来产生所描述的行为，并且它会在不改变行为的情况下对您的代码做任何想做的事情。如果你描述的行为甚至有点错误......

【参考方案1】：

您正在通过使用超出范围的x[i] 来调用未定义的行为。

再分配一个以避免超出范围的访问。

换句话说，

    constexpr auto x = array<10, fibonacci>();

应该是

    constexpr auto x = array<11, fibonacci>();

定义常量以避免拼写错误更好：

int main() 
    constexpr int num = 11;
    constexpr auto x = array<num, fibonacci>();

    for (int i = 0; i < num; i++) 
        std::cout << i << " " << x[i] << std::endl;
    

【参考方案2】：

修复检查索引。

for (int i = 0; i ; i++)