INT_MIN % -1 会产生未定义的行为吗？答案

【问题标题】：Does INT_MIN % -1 produce undefined behavior?INT_MIN % -1 会产生未定义的行为吗？
【发布时间】：2011-05-08 01:19:03
【问题描述】：

gcc 生成浮动代码，为以下代码引发 SIGFPE：

#include <limits.h>
int x = -1;
int main()
{
    return INT_MIN % x;
}

但是，我在标准中找不到任何声明该代码调用未定义或实现定义的行为。据我所知，它需要返回 0。这是 gcc 中的错误还是我错过了标准产生的一些特殊异常？

【问题讨论】：

注意全局变量是为了防止gcc优化计算。
你期望得到一个负数的模的结果是什么？
“当 a 或 n 为负时，这种幼稚的定义就会失效，编程语言在定义这些值的方式上也会有所不同”。 en.wikipedia.org/wiki/Modulo_operation
我希望INT_MIN 的余数除以-1，在这种情况下，无论您将余数定义为正数还是负数，它都为零，因为-1 可以除以任何东西均匀。
C 在这种情况下定义了它们，并且在任何情况下，当分母为 1 或 -1 时，定义没有歧义，因为余数本质上为零。

【解决方案1】：

您可能是对的，这可以被视为实际标准中的错误。 current draft 解决了这个问题：

如果商 a/b 是可表示的，表达式 (a/b)*b + a%b 应等于a；否则，行为 a/b 和 a%b 都是未定义的。

【讨论】：

【解决方案2】：

查看gcc生成的汇编代码（x在汇编前面定义为-1）：

movl    x, %ecx
movl    $-2147483648, %eax
movl    %eax, %edx
sarl    $31, %edx
idivl   %ecx

第一条计算指令sarl将-2147483648右移31位。这导致-1 被放入%edx。

接下来执行idivl。这是一个签名操作。让我引用描述：

将组合的 %edx:%eax 寄存器中包含的双字的内容除以指定的寄存器或内存位置中的值。

所以-1:-2147483648 / -1 是发生的分裂。 -1:-2147483648 解释为双字等于 -2147483648（在二进制补码机器上）。现在-2147483648 / -1 发生，返回2147483648。繁荣！这比INT_MAX多了一个。

关于为什么的问题，这是 gcc 中的错误还是我错过了标准造成的一些特殊异常？

在 C99 标准中，这是隐式 UB（第 6.5.5/6 节）：

... / 运算符的结果是任何小数部分被丢弃的代数商。88) 如果商 a/b 是可表示的，则表达式 (a/b)*b + a%b 应等于 a。

INT_MIN / -1 无法表示，因此这是 UB。

然而，在 C89 中，% 运算符是实现定义的，这是否是编译器错误可以争论。但是，该问题在 gcc 中列出：http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=30484

【讨论】：

您关于如何SIGFPE 发生的信息是正确的。不过，我担心的是这是否正确。我从来没有要求编译器计算INT_MIN/-1（这显然会导致UB，因为它溢出），只是为了计算INT_MIN%-1，我在标准中找不到后者调用UB的语句。仍然是一个信息丰富的答案。
关于您对 6.5.5/6 的引用：在上一段 (5) 中，它显示为“% 运算符的结果是余数”。第 6 段阐明了当“余数”可能是模棱两可时，但当a 是b 的整数倍时，“余数”不模棱两可；在这种情况下，唯一的余数是 0。
@R.: 嗯，等一下，标准规定“如果商 a/b 是可表示的”，而 INT_MIN % -1 中的情况并非如此。它没有说明发生这种情况时应该发生什么，因此它是 UB。
第5段已经说明%的结果是“余数”。如所写，第 6 段仅阐明了它所谈论的“其余部分”。我认为您可能是对的，intent 不是为 INT_MAX%-1 定义任何行为，但我不知道当前语言将如何实现这一点，因为它已经在上面定义了它......
标准中说“如果商 a/b 在结果的类型中是可表示的，则 (a/b)*b + a%b 等于 a。”此语句不限制在商不可可表示的情况下的行为，这意味着前面的语句仍然有效。前面的语句指出% 产生余数。在这种情况下，余数是 0。

【解决方案3】：

It's the CPU's fault.

【讨论】：

感谢您提供的信息链接。至少看起来人们大多同意这是一个错误，但是“默认情况下让它被破坏并需要一个特殊的选项来修复它”的方法听起来很荒谬......
如果x!=-1 和1 如果x==1，是否有任何简单的按位/算术表达式计算为x？如果是这样，当/ 不使用相同的分母执行时，编译器可以在使用变量分母执行% 之前将其应用于分母。
@R..: “默认关闭，但在符合标准的模式下打开”听起来不错，这就是该错误的建议。 gcc 不是一个符合标准的实现，也没有声称是。 gcc -std=c99 也不完全符合，但它确实试图……

【解决方案4】：

此处提出的问题与缺陷报告相同

不幸的是，我没有看到它在决议部分明确说明它应该产生 UB。除法确实会产生 UB，但对于 % 运算符来说并不明显。

【讨论】：

【解决方案5】：

具有负操作数的取模运算的结果在 C89 中由实现定义，并在 C99 中由 §6.5.5/6 定义：

.../ 运算符的结果是任何小数部分被丢弃的代数商。⁸⁸⁾ 如果商 a/b 是可表示的，则表达式 (a/b)*b + a%b 应等于a。

⁸⁸⁾ 这通常被称为“向零截断”。

对于二进制补码表示，INT_MIN / -1 等于 INT_MAX + 1，因此它不能表示为不带包装的 int，我猜该实现选择使其具有爆炸性。

【讨论】：