Program zachowuje się dziwnie w internetowych IDE

Natrafiłem na poniższy program w C ++ ( źródło ):

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

Wygląda jak prosty program i podaje prawidłowe dane wyjściowe na mojej lokalnej maszynie, np. Coś takiego:

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

Ale w internetowych środowiskach IDE, takich jak codechef , daje następujący wynik:

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

Dlaczego forpętla nie kończy się przy 300? Również ten program zawsze kończy się 4169. Dlaczego 4169a nie inna wartość?

Zakładam, że kompilatory online używają GCC lub kompatybilnego kompilatora. Oczywiście każdy inny kompilator może również przeprowadzić taką samą optymalizację, ale dokumentacja GCC dobrze wyjaśnia, co robi:

-faggressive-loop-optimizations

Ta opcja mówi optymalizatorowi pętli, aby używał ograniczeń językowych do określania granic dla liczby iteracji pętli. Zakłada się, że kod pętli nie wywołuje niezdefiniowanego zachowania, na przykład powodując przepełnienia liczb całkowitych ze znakiem lub dostęp do tablicy poza granicami. Granice liczby iteracji pętli służą do prowadzenia optymalizacji rozwijania i odrywania pętli oraz testów wyjścia z pętli. Opcja jest wyłączona domyślnie.

Ta opcja pozwala jedynie na przyjmowanie założeń na podstawie przypadków, w których udowodniono UB. Aby skorzystać z tych założeń, może być konieczne włączenie innych optymalizacji, takich jak ciągłe zwijanie.

Przepełnienie liczby całkowitej ze znakiem ma niezdefiniowane zachowanie. Optymalizator był w stanie udowodnić, że jakakolwiek wartość iwiększa niż 173 spowodowałaby UB, a ponieważ może założyć, że nie ma UB, może również założyć, że inigdy nie jest większa niż 173. Następnie może dalej udowodnić, że i < 300jest to zawsze prawda, i więc stan pętli można zoptymalizować.

Dlaczego 4169, a nie inna wartość?

Witryny te prawdopodobnie ograniczają liczbę wyświetlanych wierszy wyjściowych (lub znaków lub bajtów) i mają ten sam limit.

„Niezdefiniowane zachowanie jest nieokreślone”. (do)

Kompilator używany na codechef wydaje się używać następującej logiki:

1. Niezdefiniowane zachowanie nie może się zdarzyć.
2. i * 12345678przepełnia i powoduje UB if i > 173(zakładając 32 bity int).
3. Tak więc inigdy nie może przekroczyć 173.
4. Dlatego i < 300jest zbędny i można go zastąpić true.

Sama pętla wydaje się być nieskończona. Wygląda na to, że codechef po prostu zatrzymuje program po określonym czasie lub obcina dane wyjściowe.

Wywołujesz niezdefiniowane zachowanie prawdopodobnie w 174. iteracji wewnątrz twojej forpętli, ponieważ intprawdopodobnie maksymalna wartość jest 2147483647jeszcze 174 * 123456789obliczana, 2148147972co jest niezdefiniowanym zachowaniem, ponieważ nie ma przepełnienia liczb całkowitych ze znakiem. Więc obserwujesz efekty UB, szczególnie z kompilatorem GCC z ustawionymi flagami optymalizacji. Prawdopodobnie kompilator ostrzegłby Cię o tym, wydając następujące ostrzeżenie:

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

Usuń -O2flagi optymalizacji ( ), aby obserwować różne wyniki.

Kompilator może założyć, że niezdefiniowane zachowanie nie wystąpi, a ponieważ przepełnienie podpisane to UB, może założyć, że nigdy i * 12345678 > INT_MAX, a zatem również, i <= INT_MAX / 12345678 < 300a tym samym usunąć sprawdzenie i < 300.