c++ - 基于整数溢出的 GCC 优化

Question

最近我讨论过有人想像这样检查有符号整数溢出 if (A + B < 2 * max(A, B)) .让我们暂时忽略逻辑本身的错误，并讨论 C/C++ 上下文中的有符号整数溢出。 (我相信它完全继承了 C 标准的这一部分)。

哪些需要有符号整数溢出的检查会被当前的 GCC 优化掉，哪些不会？

由于原始文本的表述不尽如人意，而且显然存在争议，我决定稍微更改一下问题，但将原始文本保留在下面。

下面使用的所有示例都经过测试 gcc 版本 4.7.2 (Debian 4.7.2-5)并使用 -O3 编译

也就是说，它是未定义的，GCC 臭名昭著地使用它来执行一些分支简化。我想到的第一个例子是

int i = 1;
while (i > 0){
    i *= 2;
}

这会产生一个无限循环。这种优化开始的另一种情况是

if (A + 2 < A){
    /* Handle potential overflow */
}

其中，假设 A是有符号整数类型，溢出分支被完全删除。

更有趣的是，一些容易证明整数溢出的情况没有被触及，例如

if (INT_MAX + 1 < 0){
    /* You wouldn't write this explicitly, but after static analysis the program
       could be shown to contain something like this. */
}

这会触发您期望使用二进制补码表示的分支。同样，此代码保留条件分支不变

int C = abs(A);
if (A + C < 0){
    /* For this to be hit, overflow or underflow had to happen. */
}

现在的问题是，是否有一个看起来大致像 if (A + B < C) 的模式？或 if (A + B < c) ，那会被优化掉吗？当我在写这篇文章之前四处搜索时，似乎应该优化最后一个片段，但我无法在不明确使用常量操作的溢出检查中重现这种错误。

Answer 1

许多编译器会将涉及有符号整数或指针的表达式替换为“false”，例如

a + 1 < a // signed integer a
p + 1 < p // Pointer p

当表达式仅在未定义行为的情况下为真时。另一方面，这允许

for (char* q = p; q < p + 2; ++q) ...

被内联，替换 q = p 和 q = p + 1，没有任何检查，所以这是一件好事。

if (A + abs (A) < 0)

对于许多编译器来说可能太复杂了。请注意，对于无符号整数，没有未定义的行为。因此，使用无符号 32 位整数和 64 位指针的循环往往比必要的要慢，因为必须考虑环绕行为。对于无符号的 32 位整数和 64 位指针，有可能

&p [i] > &p [i+1]

没有未定义的行为(不是 64 位整数或 32 位指针)。