c++ - 这是编译器优化错误，还是未定义的行为？

Question

我们有一个烦人的错误，我无法解释这段代码:

unsigned char bitmap[K_BITMAP_SIZE] = {0} ;
SetBit(bitmap, K_18); // Sets the bit #18 to 1

for(size_t i = 0; i < K_END; ++i)
{
    if(TestBit(bitmap, i)) // true for 18
    {
        size_t i2 = getData(i); // for 18, will return 15
        SetBit(bitmap, i2); // BUG: IS SUPPOSED TO set the bit #15 to 1
    }
}

1. 它发生在 Visual C++ 2010 上
2. 它发生在 32 位和 64 位版本上
3. 它只发生在发布版本上(设置了“最大化速度 (/O2)”
4. 它不仅仅发生在设置了“最小化大小 (/O1)”的发布版本上
5. 仅当我们 __forceinline getData 函数时才会在 Visual C++ 2008 上发生这种情况(默认情况下，VC++2008 不会内联该函数，而 VC++2010 会内联)
6. 它发生在下面给出的一段代码上，可能是因为循环内有大量内联
7. 如果我们去掉循环就不会发生这种情况，直接设置有趣的值(18)

奖金信息:

1- BenJ 评论说这个问题在 Visual C++ 2012 上没有出现，这意味着这很可能是编译器中的一个错误

2- 如果我们在 Test/Set/ResetBit 函数中为 unsigned char 添加强制转换，错误也会消失

size_t TestBit(const unsigned char * bits, size_t pos) { return (((bits)[(pos) >> 3]) &   (1 << (unsigned char)((pos) & 7))) ; }
size_t SetBit(unsigned char * bits, size_t pos)        { return (((bits)[(pos) >> 3]) |=  (1 << (unsigned char)((pos) & 7))) ; }
size_t ResetBit(unsigned char * bits, size_t pos)      { return (((bits)[(pos) >> 3]) &= ~(1 << (unsigned char)((pos) & 7))) ; }

问题是:

出现这个错误是因为我们的代码依赖于未定义的行为，还是 VC++2010 编译器中存在一些错误？

以下源代码是自给自足的，可以在您喜欢的编译器上进行编译:

#include <iostream>


const size_t K_UNKNOWN              = (-1) ;
const size_t K_START                = (0) ;
const size_t K_12                   = (K_START + 12) ;
const size_t K_13                   = (K_START + 13) ;
const size_t K_15                   = (K_START + 15) ;
const size_t K_18                   = (K_START + 18) ;
const size_t K_26                   = (K_START + 26) ;
const size_t K_27                   = (K_START + 27) ;
const size_t K_107                  = (K_START + 107) ;
const size_t K_128                  = (K_START + 128) ;
const size_t K_END                  = (K_START + 208) ;
const size_t K_BITMAP_SIZE          = ((K_END/8) + 1) ;


size_t TestBit(const unsigned char * bits, size_t pos) { return (((bits)[(pos) >> 3]) &   (1 << ((pos) & 7))) ; }
size_t SetBit(unsigned char * bits, size_t pos)        { return (((bits)[(pos) >> 3]) |=  (1 << ((pos) & 7))) ; }
size_t ResetBit(unsigned char * bits, size_t pos)      { return (((bits)[(pos) >> 3]) &= ~(1 << ((pos) & 7))) ; }


size_t getData(size_t p_value)
{
    size_t value = K_UNKNOWN;

    switch(p_value)
    {
        case K_13:      value = K_12;        break;
        case K_18:      value = K_15;        break;
        case K_107:     value = K_15;        break;
        case K_27:      value = K_26;        break;
        case K_128:     value = K_12;        break;
        default:        value = p_value;     break;
    }

    return value;
}


void testBug(const unsigned char * p_bitmap)
{
    const size_t byte = p_bitmap[1] ;
    const size_t bit  = 1 << 7 ;
    const size_t value = byte & bit ;

    if(value == 0)
    {
        std::cout << "ERROR : The bit 15 should NOT be 0" << std::endl ;
    }
    else
    {
        std::cout << "Ok : The bit 15 is 1" << std::endl ;
    }
}


int main(int argc, char * argv[])
{
    unsigned char bitmap[K_BITMAP_SIZE] = {0} ;
    SetBit(bitmap, K_18);

    for(size_t i = 0; i < K_END; ++i)
    {
        if(TestBit(bitmap, i))
        {
            size_t i2 = getData(i);
            SetBit(bitmap, i2);
        }
    }

    testBug(bitmap) ;

    return 0;
}

一些背景信息:最初:

1. Test/Set/ResetBit 函数是宏。
2. 定义了常量
3. 索引是 long 或 int(在 Windows 32 位上，它们具有相同的大小)

如果需要，我会尽快添加更多信息(例如，为两种配置生成的汇编程序，更新 g++ 如何处理问题)。

Answer 1

这是一个代码优化器错误。它内联了 getData() 和 SetBit()。该组合似乎是致命的，它失去了对 1 << ((pos) & 7) 的值的跟踪并且总是产生零。

在 VS2012 上不会出现此错误。一种解决方法是强制其中一个函数不被内联。给定代码，您可能希望为 getData() 执行此操作:

__declspec(noinline)
size_t getData(size_t p_value)
{ 
    // etc..
}