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c++ - 是否可以假定具有未定义行为的分支无法访问并将其优化为死代码？

coder 2023-04-26 原文

考虑以下语句:

*((char*)NULL) = 0; //undefined behavior

它显然调用了未定义的行为。给定程序中存在这样的语句是否意味着整个程序是未定义的，或者只有在控制流到达该语句时行为才变得未定义？

如果用户从不输入数字3，下面的程序会被很好地定义吗？

while (true) {
 int num = ReadNumberFromConsole();
 if (num == 3)
  *((char*)NULL) = 0; //undefined behavior
}

或者无论用户输入什么，它都是完全未定义的行为？

另外，编译器可以假设未定义的行为永远不会在运行时执行吗？这将允许及时向后推理:

int num = ReadNumberFromConsole();

if (num == 3) {
 PrintToConsole(num);
 *((char*)NULL) = 0; //undefined behavior
}

在这里，编译器可以推断万一 num == 3 我们将始终调用未定义的行为。因此，这种情况一定是不可能的，也不需要打印数字。可以优化整个 if 语句。这种逆向推理按标准是允许的吗？

最佳答案

Does the existence of such a statement in a given program mean that the whole program is undefined or that behavior only becomes undefined once control flow hits this statement?

两者都没有。第一个条件太强，第二个条件太弱。

对象访问有时是按顺序进行的，但标准描述了程序在时间之外的行为。 Danvil 已引用:

if any such execution contains an undefined operation, this International Standard places no requirement on the implementation executing that program with that input (not even with regard to operations preceding the first undefined operation)

这可以解释为:

If the execution of the program yields undefined behavior, then the whole program has undefined behavior.

因此，带有 UB 的不可访问语句不会给程序 UB。一个可到达的语句(由于输入的值)永远不会到达，不会给程序 UB。所以你的第一个条件太强了。

现在，编译器一般不能分辨什么有 UB。因此，为了允许优化器对具有潜在 UB 的语句重新排序，如果它们的行为被定义，则有必要允许 UB“及时返回”并在前一个序列点之前出错(或在 C++11 术语，UB 影响在 UB 事物之前排序的事物)。因此，您的第二个条件太弱了。

一个主要的例子是优化器依赖于严格的别名。严格别名规则的重点是允许编译器重新排序操作，如果有问题的指针可能对相同的内存进行别名，则无法有效地重新排序。因此，如果您使用非法别名指针，并且确实发生了 UB，那么它很容易影响 UB 语句“之前”的语句。就抽象机而言，UB 语句尚未执行。就实际的目标代码而言，它已部分或全部执行。但是该标准并没有尝试详细说明优化器对语句重新排序意味着什么，或者这对 UB 有什么影响。它只是让实现许可在需要时尽快出错。

你可以把它想象成，“UB 有一台时间机器”。

专门回答你的例子:

  • 仅当读取 3 时行为未定义。
  • 如果一个基本 block 包含一个确定为未定义的操作，编译器可以并且确实将代码消除为死代码。在不是基本 block 但所有分支都通向 UB 的情况下，它们是允许的(我猜是这样)。这个例子不是候选的，除非 PrintToConsole(3) 以某种方式知道一定会返回。它可能会引发异常或其他任何情况。

与您的第二个类似的示例是 gcc 选项 -fdelete-null-pointer-checks，它可以采用这样的代码(我没有检查过这个具体示例，认为它说明了总体思路):

void foo(int *p) {
    if (p) *p = 3;
    std::cout << *p << '\n';
}

并将其更改为:

*p = 3;
std::cout << "3\n";

为什么？因为如果 p 为 null 则代码无论如何都有 UB，因此编译器可能会假定它不为 null 并相应地进行优化。 linux内核绊倒了这个(https://web.nvd.nist.gov/view/vuln/detail?vulnId=CVE-2009-1897)本质上是因为它在取消引用空指针不应该是UB的模式下运行，预计会导致内核定义的硬件异常可以处理。启用优化后，gcc 需要使用 -fno-delete-null-pointer-checks 以提供超出标准的保证。

附: “未定义的行为何时发生？”这个问题的实际答案。是“在您计划出发前 10 分钟”。

关于c++ - 是否可以假定具有未定义行为的分支无法访问并将其优化为死代码？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/23153445/

并将未定codeundefinedc++language-lawyerundefined-behaviordead-codeunreachable-code

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