Programm verhält sich auf Online-IDEs seltsam

Ich bin auf das folgende C ++ - Programm ( Quelle ) gestoßen :

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

Es sieht aus wie ein einfaches Programm und gibt die richtige Ausgabe auf meinem lokalen Computer aus, dh so etwas wie:

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

Bei Online-IDEs wie codechef wird jedoch die folgende Ausgabe ausgegeben:

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

Warum endet die forSchleife nicht bei 300? Auch dieses Programm endet immer am 4169. Warum 4169und nicht irgendein anderer Wert?

Ich gehe davon aus, dass die Online-Compiler GCC oder einen kompatiblen Compiler verwenden. Natürlich darf auch jeder andere Compiler die gleiche Optimierung durchführen, aber die GCC-Dokumentation erklärt gut, was er tut:

-faggressive-loop-optimizations

Diese Option weist den Schleifenoptimierer an, Sprachbeschränkungen zu verwenden, um Grenzen für die Anzahl der Iterationen einer Schleife abzuleiten. Dies setzt voraus, dass der Schleifencode kein undefiniertes Verhalten aufruft, indem er beispielsweise vorzeichenbehaftete Ganzzahlüberläufe oder nicht gebundene Array-Zugriffe verursacht. Die Grenzen für die Anzahl der Iterationen einer Schleife werden verwendet, um das Abrollen und Schälen der Schleife sowie die Optimierung des Schleifenausgangstests zu steuern. Diese Option ist standardmäßig aktiviert.

Diese Option ermöglicht lediglich Annahmen, die auf Fällen basieren, in denen UB nachgewiesen ist. Um diese Annahmen nutzen zu können, müssen möglicherweise andere Optimierungen aktiviert werden, z. B. die konstante Faltung.

Der vorzeichenbehaftete Ganzzahlüberlauf hat ein undefiniertes Verhalten. Der Optimierer konnte beweisen, dass ein Wert von imehr als 173 UB verursachen würde, und da er annehmen kann, dass es keine UB gibt, kann er auch annehmen, dass er iniemals größer als 173 ist. Er kann dann weiter beweisen, dass dies i < 300immer wahr ist, und so kann der Schleifenzustand weg optimiert werden.

Warum 4169 und kein anderer Wert?

Diese Sites begrenzen wahrscheinlich die Anzahl der Ausgabezeilen (oder Zeichen oder Bytes), die sie anzeigen, und teilen zufällig dieselbe Grenze.

"Undefiniertes Verhalten ist undefiniert." (c)

Ein auf codechef verwendeter Compiler scheint folgende Logik zu verwenden:

1. Undefiniertes Verhalten kann nicht passieren.
2. i * 12345678läuft über und führt zu UB if i > 173(unter der Annahme von 32 Bit ints).
3. Somit ikann nie überschreiten 173.
4. Somit i < 300ist überflüssig und kann durch ersetzt werden true.

Die Schleife selbst scheint unendlich zu sein. Anscheinend stoppt codechef das Programm nur nach einer bestimmten Zeit oder schneidet die Ausgabe ab.

Sie rufen undefiniertes Verhalten wahrscheinlich bei der 174. Iteration in Ihrer forSchleife auf, da der intMaximalwert wahrscheinlich 2147483647noch 174 * 123456789Ausdruck ist, für 2148147972den ein undefiniertes Verhalten vorliegt, da kein vorzeichenbehafteter Ganzzahlüberlauf vorliegt. Sie beobachten also die Auswirkungen von UB, insbesondere beim GCC-Compiler mit in Ihrem Fall gesetzten Optimierungsflags. Es ist wahrscheinlich, dass der Compiler Sie mit der folgenden Warnung davor gewarnt hätte:

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

Entfernen Sie die ( -O2) Optimierungsflags, um unterschiedliche Ergebnisse zu beobachten.

Der Compiler kann davon ausgehen, dass kein undefiniertes Verhalten auftritt, und da der signierte Überlauf UB ist, kann er davon ausgehen, dass niemals i * 12345678 > INT_MAX, also auch i <= INT_MAX / 12345678 < 300und daher die Prüfung entfernt wird i < 300.