Програма дивно поводиться в Інтернеті IDE

Я натрапив на наведену нижче програму C ++ ( джерело ):

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

Це схоже на просту програму і дає правильний результат на моїй локальній машині, тобто щось на зразок:

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

Але в онлайнових IDE, таких як codechef , це дає такий результат:

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

Чому forцикл не закінчується на 300? Також ця програма завжди закінчується 4169. Чому, 4169а не якесь інше значення?

Я збираюся припустити, що онлайн-компілятори використовують GCC або сумісний компілятор. Звичайно, будь-який інший компілятор також може робити таку ж оптимізацію, але документація GCC добре пояснює, що він робить:

-faggressive-loop-optimizations

Ця опція вказує оптимізатору циклу використовувати мовні обмеження для виведення меж кількості ітерацій циклу. Це передбачає, що код циклу не викликає невизначену поведінку, наприклад, спричиняючи переповнення цілих чисел із знаком або доступ до масиву, що не має обмежень. Межі кількості ітерацій циклу використовуються для керівництва розгортанням циклу та оптимізацією вилучення та виходу з циклу. Цей параметр увімкнено за замовчуванням.

Цей варіант дозволяє лише робити припущення на основі випадків, коли UB доведено. Щоб скористатися цими припущеннями, можливо, потрібно буде ввімкнути інші оптимізації, наприклад, постійне згортання.

Підписане ціле переповнення має невизначену поведінку. Оптимізатор зміг довести, що будь-яке значення, яке iперевищує 173, спричинить UB, і оскільки він може припустити, що UB не існує, він також може припустити, що iніколи не перевищує 173. Потім він може додатково довести, що i < 300завжди відповідає дійсності, і так що стан циклу можна оптимізувати.

Чому 4169, а не якесь інше значення?

Ці веб-сайти, ймовірно, обмежують кількість вихідних рядків (або символів або байтів), які вони показують, і випадково мають однакову межу.

"Невизначена поведінка не визначена." (c)

Здається, компілятор, який використовується в codechef, використовує таку логіку:

1. Невизначена поведінка не може відбутися.
2. i * 12345678переповнює і призводить до UB if i > 173(припускаючи 32 біт int).
3. Таким чином, iніколи не може перевищувати 173.
4. Таким чином, i < 300це зайве і може бути замінено на true.

Сама петля видається нескінченною. Очевидно, codechef просто зупиняє програму через певний проміжок часу або скорочує результати.

Ви викликаєте невизначену поведінку, ймовірно, на 174-й ітерації всередині вашого forциклу, оскільки максимальне intзначення, ймовірно, 2147483647ще є 174 * 123456789виразом, яке обчислює 2148147972невизначену поведінку, оскільки немає підписаного цілого числа. Отже, ви спостерігаєте за ефектом UB, особливо за допомогою компілятора GCC із встановленими у вашому випадку прапорами оптимізації. Ймовірно, компілятор попередив би вас про це, зробивши таке попередження:

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

Видаліть -O2прапорці оптимізації ( ), щоб спостерігати різні результати.

Компілятор може припустити, що невизначена поведінка не відбуватиметься, а оскільки підписаний переповнення є UB, він може припустити, що ніколи i * 12345678 > INT_MAX, таким чином, i <= INT_MAX / 12345678 < 300а отже, і видаляє перевірку i < 300.