Chương trình hoạt động lạ trên các IDE trực tuyến

Tôi đã xem qua chương trình C ++ bên dưới ( nguồn ):

#include <iostream>
int main()
{
    for (int i = 0; i < 300; i++)
        std::cout << i << " " << i * 12345678 << std::endl;
}

Nó trông giống như một chương trình đơn giản và cung cấp đầu ra chính xác trên máy cục bộ của tôi, tức là một cái gì đó như:

0 0
1 12345678
2 24691356
...
297 -628300930
298 -615955252
299 -603609574

Tuy nhiên, trên các IDE trực tuyến như codechef , nó cho kết quả sau:

0 0
1 12345678
2 24691356
...
4167 -95167326
4168 -82821648
4169 -7047597

Tại sao forvòng lặp không kết thúc ở 300? Ngoài ra chương trình này luôn kết thúc vào 4169. Tại sao 4169và không phải một số giá trị khác?

Tôi sẽ giả định rằng các trình biên dịch trực tuyến sử dụng GCC hoặc trình biên dịch tương thích. Tất nhiên, bất kỳ trình biên dịch nào khác cũng được phép thực hiện tối ưu hóa tương tự, nhưng tài liệu GCC giải thích rõ những gì nó làm:

-faggressive-loop-optimizations

Tùy chọn này yêu cầu trình tối ưu hóa vòng lặp sử dụng các ràng buộc ngôn ngữ để lấy ra các giới hạn cho số lần lặp của một vòng lặp. Điều này giả định rằng mã vòng lặp không gọi hành vi không xác định bằng cách ví dụ như gây tràn số nguyên có dấu hoặc truy cập mảng ngoài giới hạn. Các giới hạn cho số lần lặp lại của một vòng lặp được sử dụng để hướng dẫn tối ưu hóa kiểm tra việc mở vòng lặp và bóc và thoát vòng lặp. Tùy chọn này được kích hoạt theo mặc định.

Tùy chọn này chỉ cho phép đưa ra các giả định dựa trên các trường hợp UB được chứng minh. Để tận dụng những giả định đó, có thể cần bật các tính năng tối ưu hóa khác, chẳng hạn như gấp liên tục.

Tràn số nguyên đã ký có hành vi không xác định. Trình tối ưu hóa đã có thể chứng minh rằng bất kỳ giá trị nào ilớn hơn 173 sẽ gây ra UB và bởi vì nó có thể giả định rằng không có UB, nó cũng có thể giả định rằng ikhông bao giờ lớn hơn 173. Sau đó, nó có thể chứng minh thêm rằng điều đó i < 300luôn đúng, và vì vậy điều kiện vòng lặp có thể được tối ưu hóa đi.

Tại sao lại là 4169 mà không phải một số giá trị khác?

Các trang web đó có thể giới hạn số lượng dòng xuất (hoặc ký tự hoặc byte) mà chúng hiển thị và tình cờ chia sẻ cùng một giới hạn.

"Hành vi không xác định là không xác định." (c)

Một trình biên dịch được sử dụng trên codechef dường như sử dụng logic sau:

1. Hành vi không xác định không thể xảy ra.
2. i * 12345678tràn và kết quả là UB nếu i > 173(giả sử 32 bit ints).
3. Như vậy, ikhông bao giờ có thể vượt quá 173.
4. Như vậy i < 300là không cần thiết và có thể được thay thế bằng true.

Vòng lặp tự nó dường như là vô hạn. Rõ ràng, codechef chỉ dừng chương trình sau một khoảng thời gian cụ thể hoặc cắt bớt đầu ra.

Bạn đang gọi hành vi không xác định có thể là ở lần lặp thứ 174 bên trong forvòng lặp của bạn vì intgiá trị tối đa có thể là biểu thức 2147483647chưa được 174 * 123456789đánh giá 2148147972là hành vi không xác định vì không có tràn số nguyên có dấu. Vì vậy, bạn đang quan sát các tác động của UB, đặc biệt là với trình biên dịch GCC với các cờ tối ưu hóa được đặt trong trường hợp của bạn. Có khả năng trình biên dịch đã cảnh báo bạn về điều này bằng cách đưa ra cảnh báo sau:

warning: iteration 174 invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]

Loại bỏ các -O2cờ tối ưu hóa ( ) để quan sát các kết quả khác nhau.

Trình biên dịch có thể giả định rằng hành vi không xác định sẽ không xảy ra và bởi vì tràn đã ký là UB, nó có thể giả định rằng không bao giờ i * 12345678 > INT_MAX, do đó cũng i <= INT_MAX / 12345678 < 300và do đó loại bỏ kiểm tra i < 300.