c - 为什么 clang 会为我使用 -O1 而不是 -O0 编译的 C 代码产生错误的结果？

Question

对于输入 0xffffffff，以下 C 代码无需优化即可正常工作，但在使用 -O1 编译时 会产生错误结果。其他编译选项是 -g -m32 -Wall。该代码在 macOS 10.13.2 中使用 clang-900.0.39.2 进行了测试。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 2) return 1;

    char *endp;
    int x = (int)strtoll(argv[1], &endp, 0);

    int mask1 = 0x55555555;
    int mask2 = 0x33333333;
    int count = (x & mask1) + ((x >> 1) & mask1);

    int v1 = count >> 2;
    printf("v1 = %#010x\n", v1);

    int v2 = v1 & mask2;
    printf("v2 = %#010x\n", v2);

    return 0;
}

输入:0xffffffff

带 -O0 的输出:(预期)

v1 = 0xeaaaaaaa

v2 = 0x22222222

带 -O1 的输出:(错误)

v1 = 0x2aaaaaaa

v2 = 0x02222222

下面是“int v1 = count >> 2;”这一行的反汇编指令与 -O0 和 -O1。

使用-O0:

sarl $0x2, %esi

使用-O1:

shrl $0x2, %esi

下面是“int v2 = v1 & mask2;”这一行的反汇编指令与 -O0 和 -O1。

使用-O0:

andl -0x24(%ebp), %esi //-0x24(%ebp) stores 0x33333333

使用-O1:

andl $0x13333333, %esi //why does the optimization changes 0x33333333 to 0x13333333?

此外，如果 x 在本地设置为 0xffffffff 而不是从参数中获取其值，即使使用 -O1，代码也将按预期工作。

P.S:该代码是基于我在 CMU 的 CS:APP 类(class)中对 Data Lab 的解决方案的实验性代码。实验要求学生实现一个函数，该函数计算一个 int 变量的 1 位的数量不使用除 int 以外的任何类型。

Answer 1

正如一些评论者所指出的，右移有符号值定义不明确。

我把x的声明和初始化改成了

unsigned int x = (unsigned int)strtoll(argv[1], &endp, 0);

并在-O0 和-O1 下得到了一致的结果。 (但在进行更改之前，我能够在 MacOS 下通过 clang 重现您的结果。)