为什么优化会破坏这个 C 代码？答案

【问题标题】：why optimization breaks this C code?为什么优化会破坏这个 C 代码？
【发布时间】：2012-10-08 03:24:20
【问题描述】：

有人知道为什么 -O2 会破坏这段代码吗？我怀疑这是 gcc 中的一个错误，因为它适用于不同的平台和不同版本的 gcc。但是，代码也可能包含一些我不知道的特殊性。谁能赐教？

这里是代码，它是一个可变数量的嵌套循环的实现，产生所有可能的组合。预期的输出是

以及损坏的版本报告

代码是：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int nmax = 5; // finish after 5 combinations
    int n = 3;    // three elements
    int *out = (int*) calloc(nmax, sizeof(int)); 
    int *cnt = (int*) calloc(n, sizeof(int)); // declaring volatile solves the problem. But why ?
    int il, nl, i = 0;
    for (nl=1; nl<=n; nl++)
    {
        for (il=0; il<nl; il++) cnt[il] = 0;
        cnt[nl-1] = -1;
        while ( cnt[0]<n-nl )
        {
            for (il=nl-1; il>=0; il--)
            {
                if ( ++cnt[il] < n-nl+il+1 ) break;
                cnt[il] = 0;
            }
            for (il=1; il<nl; il++)
            {
                if ( cnt[il] <= cnt[il-1] ) cnt[il] = cnt[il-1]+1;
            }
            for (il=0; il<nl; il++) out[i] |= 1<<cnt[il];
            if ( ++i >= nmax ) break;
        }
        if ( i >= nmax ) break;
    }
    for (i=0; i<nmax; i++)
    {
       for (il=0; il<n; il++) printf("%d", out[i]&(1<<il) ? 1 : 0);
       printf("\t%d\n", out[i]);
    }
    free(cnt);
    free(out);
    return 0;
 }

【问题讨论】：

您使用的是哪个版本的 gcc？在 4.7.2（在 x86 上）使用 -O2 时工作正常
您的代码中可能有一些未定义的行为。当我遇到这样的问题时，我会想到的最后一个想法是编译器错误。
啊啊啊！为什么这些 i,l,1 看起来如此相似！我只是想读这个代码-sn-p :) :)
好的。找出“why”的一种快速解决方案是 objdump -S 两个版本的代码（有和没有 volatile），然后区分两者。您将确切地了解 gcc 的想法，然后您可以从那里获取其余的信息...
@KirilKirov 这是程序的验证：pastebin.com/XNdZLEYV。在这种情况下很容易，因为程序是确定性的并且没有输入。如果您使用的是最新的 Debian 或 Ubuntu，您可以使用“apt-get install frama-c”获取静态分析器

标签： c optimization gcc volatile

【解决方案1】：

您应该发布您正在使用的 gcc 版本、目标以及您正在使用的确切命令行的详细信息。此外，发布由 GCC 生成的程序集（例如，通过使用 -S 选项）会有所帮助。

我猜编译器错误地将cnt[0] 提升到while 循环控制表达式之外。以下修改（将模拟提升）会产生错误的输出：

// ...

for (nl=1; nl<=n; nl++)
{
    int tmp;                            // <== new line
    for (il=0; il<nl; il++) cnt[il] = 0;
    cnt[nl-1] = -1;
    tmp = cnt[0];                       // <== new line
    while ( /*cnt[0] */ tmp <n-nl )     // modified
    {
        for (il=nl-1; il>=0; il--)

// ...

当然，这只是一个猜测 - 获取请求的详细信息以便检查生成的代码会更有趣。

【讨论】：