为什么这个所谓的无限循环程序会终止？答案

【问题标题】：Why does this supposedly infinite loop program terminate?为什么这个所谓的无限循环程序会终止？
【发布时间】：2020-04-15 04:57:22
【问题描述】：

我正在和我的朋友谈论这两段代码。他说 python 会终止，而 C++ 不会。

Python：

arr = [1, 2, 3]
for i in range(len(arr)):
  arr.append(i)
print("done")

C++：

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

int main() {
  vector<int> arr{1,2,3};
  for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
    arr.push_back(i);
  }
  cout << "done" << endl;
  return 0;
}

我对此提出了质疑，并在 2 台计算机上运行了它。第一个内存不足（错误分配），因为它有 4gb 的内存。我的 mac 是 12gb 的 ram，它能够正常运行和终止。我认为它不会永远运行，因为向量中的 size() 类型是无符号整数。由于我的 mac 是 64 位的，我认为它可以存储 2^(64-2)=2^62 个整数（这是真的），但由于某种原因，大小的无符号整数是 32。

这是 C++ 编译器中的一些错误，它不会将 max_size() 更改为相对于系统的硬件？溢出导致程序终止。还是其他原因？

【问题讨论】：

@Scheff: i < arr.size() 是继续循环的条件，而不是停止循环的条件。
python版本预先计算range(len(arr))设置迭代次数，所以是有限的。 C++ 版本将一个元素附加到arr，因此arr.size() 会随着每次迭代而增加。因此，i 总是小于arr.size()，因此循环将继续进行（直到内存耗尽，或者i 溢出并导致未定义的行为，之后所有的赌注都被取消了）。在循环前引入size = arr.size()这样的新变量，将终止条件改为i < size，循环将是有限的。
@user2357112supportsMonica 因此，我假设环绕 -> 负 int 隐式转换为 size_t（可能是无符号 64 位类型）导致终止。 Demo on coliru
@Scheff：似乎是一个可能的假设。
这是 C++ 编译器中的一些错误吗 -- 如果 C++ 编译器在像这样的玩具程序中有这样的错误，他们可能会被嘲笑编译器业务。

标签： python c++ vector infinite-loop applicationwillterminate

【解决方案1】：

在您的 C++ 编译器中没有出现错误。

int 溢出（由于i++），其行为未定义。（在此溢出发生之前，您可能会在某些平台上耗尽内存。）请注意，没有定义的行为会使 i 为负数，尽管这在具有 2 的补码有符号整数类型的机器上很常见达到std::numeric_limits<int>::max()，如果i 是-1，那么i < arr.size() 将是false，因为i 隐式转换为unsigned 类型。

Python版本预计算range(len(arr))；即后续追加不会更改该初始值。

【讨论】：