C++编译错误？

Question

我有以下代码：

#include <iostream>
#include <complex>
using namespace std;

int main() {
    complex<int> delta;
    complex<int> mc[4] = {0};

    for(int di = 0; di < 4; di++, delta = mc[di]) {
        cout << di << endl;
    }

    return 0;
}

我希望它输出“0, 1, 2, 3”并停止，但它会输出无穷无尽的“0, 1, 2, 3, 4, 5, .....”系列

看起来比较 di<4 效果不好，总是返回 true。

如果我只是注释掉,delta=mc[di]，我会正常得到“0、1、2、3”。无辜的分配有什么问题？

我正在使用带有 -O2 选项的 Ideone.com g++ C++14。

Answer 1

这是由于未定义的行为，您在循环的最后一次迭代中访问数组mc 越界。一些编译器可能会围绕没有未定义行为的假设执行积极的循环优化。逻辑类似于以下内容：

• 越界访问mc 是未定义的行为
• 假设没有未定义的行为
• 因此di < 4 始终为真，否则mc[di] 将调用未定义的行为

gcc 打开优化并使用-fno-aggressive-loop-optimizations 标志会导致无限循环行为消失（see it live）。而live example with optimization but without -fno-aggressive-loop-optimizations 表现出您观察到的无限循环行为。

godbolt live example of the code 显示 di < 4 检查已删除并替换为无条件 jmp：

jmp .L6

这与GCC pre-4.8 Breaks Broken SPEC 2006 Benchmarks 中概述的情况几乎相同。本文的 cmets 非常出色，值得一读。它指出，clang 在文章中使用 -fsanitize=undefined 捕获了该案例，我无法重现此案例，但使用 -fsanitize=undefined 的 gcc 可以（see it live）。围绕未定义行为进行推断的优化器最臭名昭著的错误可能是Linux kernel null pointer check removal。

虽然这是一种激进的优化，但重要的是要注意，正如 C++ 标准所说的未定义行为是：

本国际标准没有要求的行为

这本质上意味着一切皆有可能，它指出（强调我的）：

[...]允许的未定义行为 范围从完全忽略情况导致不可预测的结果，到在翻译或 以环境特征的文件化方式执行程序（有或没有发布 诊断消息），终止翻译或执行（发出诊断消息）。[...]

为了从 gcc 获得警告，我们需要将 cout 移出循环，然后我们会看到以下警告 (see it live)：

warning: iteration 3u invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]
     for(di=0; di<4;di++,delta=mc[di]){ }
     ^

这可能足以为 OP 提供足够的信息来弄清楚发生了什么。像这样的不一致是我们可以看到的未定义行为的典型行为类型。为了更好地理解为什么这种警告在面对未定义的行为时会不一致，Why can't you warn when optimizing based on undefined behavior? 是一本很好的读物。

注意，-fno-aggressive-loop-optimizations 记录在 gcc 4.8 release notes 中。

Answer 2

由于您在使用 di 索引 mc 之前递增 di，因此第四次循环您将引用 mc[4]，它超出了数组的末尾，这反过来可能导致麻烦的行为。

Answer 3

你有这个：

for(int di=0; di<4; di++, delta=mc[di]) {
  cout<<di<<endl;
}

试试这个：

for(int di=0; di<4; delta=mc[di++]) {
   cout<<di<<endl;
}

编辑：

为了弄清楚发生了什么，让我们分解一下你的 For 循环的迭代：

第一次迭代：最初 di 设置为 0。 比较检查：di是否小于4？是的，好的继续。 将 di 增加 1。现在 di = 1。获取 mc[] 的“第 n 个”元素并将其设置为 delta。这次我们抓取第二个元素，因为这个索引值是 1 而不是 0。最后在 for 循环中执行代码块。

第二次迭代：现在 di 设置为 1。 比较检查：di是否小于4？是的，然后继续。 将 di 增加 1。现在 di = 2。获取 mc[] 的“第 n 个”元素并将其设置为 delta。这次我们抓取第 3 个元素，因为这个索引值为 2。最后在 for 循环中执行代码块。

第三次迭代：现在 di 设置为 2。 比较检查：di是否小于4？是的，然后继续。 将 di 增加 1。现在 di = 3。获取 mc[] 的“第 n 个”元素并将其设置为 delta。这次我们抓取第 4 个元素，因为这个索引值为 3。 最后在 for 循环中执行代码块。

第 4 次迭代：现在 di 设置为 3。 比较检查：di是否小于4？是的，然后继续。 将 di 增加 1。现在 di = 4。（你能看到这是怎么回事吗？）抓住 mc[] 的“第 n 个”元素并将其设置为 delta。这次我们抓取的是第 5 个元素，因为这个索引值为 4。哦哦，我们有问题；我们的数组大小只有 4。Delta 现在有垃圾，这是未定义的行为或损坏。最后使用“garbage delta”在for循环内执行代码块。

第五次迭代。现在 di 设置为 4。 比较检查：di是否小于4？不，跳出循环。

由于超出连续内存（数组）的边界而导致损坏。

Answer 4

这是因为 di++ 是在循环的最后一次运行时执行的。

例如；

int di = 0;
for(; di < 4; di++);
// after the loop di == 4
// (inside the loop we see 0,1,2,3)
// (inside the for statement, after di++, we see 1,2,3,4)

当 di == 4 时您正在访问 mc[]，因此这是一个越界问题，可能会破坏堆栈的一部分并破坏变量 di。

解决方案是：

for(int di = 0; di < 4; di++) {
    cout << di << endl;
    delta = mc[di];
}