编译器是否允许像带有 -O2 的英特尔 C++ 编译器那样删除无限循环？答案

【问题标题】：Are compilers allowed to remove infinite loops like Intel C++ Compiler with -O2 does?编译器是否允许像带有 -O2 的英特尔 C++ 编译器那样删除无限循环？
【发布时间】：2011-04-01 11:12:16
【问题描述】：

以下测试代码在 VS 中正确执行调试或发布，以及在 GCC 中。它也适用于带有调试的 ICC，但在启用优化时 (-O2) 不正确。

#include <cstdio>

class tClassA{
public:
  int m_first, m_last;

  tClassA() : m_first(0), m_last(0) {}
  ~tClassA() {}

  bool isEmpty() const {return (m_first == m_last);}
  void updateFirst() {m_first = m_first + 1;}
  void updateLast() {m_last = m_last + 1;}
  void doSomething() {printf("should not reach here\r\n");}
};

int main() {
  tClassA q;
  while(true) {
    while(q.isEmpty()) ;
    q.doSomething();
  }
  return 1;
}

它应该停在while(q.isEmpty())。但是，当在 ICC（发布）下启用 -O2 时，它开始无限地“做某事”。

既然这是单线程程序并且 isEmpty() 应该被评估为true，我找不到 ICC 应该以这种方式运行的理由？我错过了什么吗？

【问题讨论】：

如果 m_first 和 m_last 被声明为 'volatile' 有帮助吗？我无权访问 ICC。
另一个疯狂的想法：它是否与 printf 未指定 %s 的事实有关。 printf("%s", "不应该到达这里\r\n");?
相关：Are compilers allowed to eliminate infinite loops?
指出您正在测试哪个版本的 ICC 以及在哪个平台上对您很有帮助。
@Samuel：如果让成员“易变”有帮助，我想知道供我参考。这应该抑制任何优化标志效果

标签： c++ optimization icc

【解决方案1】：

因为while (q.isEmpty()) ; 循环不包含任何可能导致外部可见副作用的语句，所以整个循环正在被优化而不再存在。同理：

for (int i = 0; i < 10; i++)
    ;

只要i 不是volatile（存储到volatile 对象是程序“外部可见”效果的一部分），就可以优化不存在。

在 C 语言中，是否允许以这种方式优化无限循环实际上是一个突出的争论点（我不知道 C++ 的情况如何）。据我所知，在这个问题上从未达成共识——聪明和有见识的人已经采取了双方。

【讨论】：

这可能是原因。以下代码正常工作： static int A=0; while(q.isEmpty()) {A = A+ 1;} 但不是以下： static int A=1; while(q.isEmpty()) {A;}
有趣。一个无所事事的无限循环 - 很好的优化机会（可以理解为什么有人可能不同意）。
还有一件事：如果while(true)用于while(q.isEmpty())，代码可以正常工作。
Suma：就标准而言，这是正确的行为，因为它没有任何可见的副作用，它不可能改变程序的行为，对吧？（错误 - 无限循环确实会改变程序，但由于在一般情况下检测循环是否无限，基本上是停止问题，因此它决定始终删除此类循环。如果这是不可取的，那么它取决于你，程序员，告诉编译器它确实有副作用，例如，通过读取或写入 volatile 变量或某些编译器特定的标志（如果它们存在）
@Samuel：请注意，在您的第一个示例中，A 最终会溢出，产生未定义的行为。由于优化器可能假设UB没有发生，所以可以推断出q.isEmpty()一开始一定是假的，整个循环就可以消除了。

【解决方案2】：

这听起来确实像一个错误。这是一个（非常疯狂的）猜测，可能是什么推理导致了它......

内联后，它看到：

while (q.m_first == q.m_last) /* do nothing */ ;
do_something();

并且do nothing repeatedly ; do something 的任何序列都可以简单地翻译为“做某事”。如果重复的部分是无止境的（如本例所示），它会下降。但也许他们不会在故意进行无限循环的示例上测试他们的编译 ;-)。

【讨论】：

检测有意的无限循环基本上是停止问题，因此他们假设，由于它没有可见的副作用，它什么也不做，因此对程序无用，可能会被删除。显然，它是否完成对我们来说是一个可见的 sde-effect，但对于标准定义的 C/C++ 抽象机来说却不是。如果你想要循环，那么你必须告诉编译器它确实会影响程序，例如，使读取变量之一变为 volatile

【解决方案3】：

您构建和运行的实际代码是否有可能在 while(q.isEmpty()) 之后缺少分号？这肯定会导致下一行被无限调用。

【讨论】：

1.有分号 2。与 while(q.isEmpty()) {} 或 while(q.isEmpty()) {true;} 的结果相同
致任何人：否决票真的有必要吗？我在 SO 上看到了许多案例，其中发布的代码不是正在使用的确切代码，并且实际问题在翻译中被遗漏或修复。我只是想帮助确保这不是一个简单但容易忽略的错误的结果。（毕竟，我们不是偶尔会因为分号错误而在错误上浪费时间吗？）

【解决方案4】：

顺便说一句，这个版本的 icc 可以满足您的需求。也就是说，它从不调用doSomething()。

[9:41am][wlynch@computer /tmp] icc --version
icc (ICC) 11.0 20081105

【讨论】：

【解决方案5】：

C++ 标准允许删除没有副作用的循环，即使它们不会终止：

普遍认为是重要的是允许转换潜在的非终止循环（例如，通过合并两个循环潜在地迭代相同的无限集，或通过消除一个无副作用循环），即使那样可能没有其他理由在第一个循环从不的情况终止。 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2007/n2429.htm

请参阅此处的讨论： http://blog.regehr.org/archives/161

【讨论】：

【解决方案6】：

最好的办法是将生成的二进制步骤放入其中并反汇编 main 函数并查看生成的程序集。并不是说您将能够看到错误，但您可以查看是否优化了某些内容。

【讨论】：

你不能。 asm 代码优化了所有内容，您什么也看不到。
我不确定这意味着什么。你是说你反汇编了生成的二进制文件并且 while() 循环消失了？

【解决方案7】：

我认为这可能是您的 gcc 版本。我在 4.4.2 下编译了你的 prog，它完全按照它应该有的方式工作。

【讨论】：