基于整数溢出的GCC优化

Question

最近，我有一个关于有人想要检查带符号的int溢出的讨论，例如if (A + B < 2 * max(A, B)) 。 让我们先忽略一下逻辑本身是错误的，然后在C / C ++的上下文中讨论有符号整数溢出。 （我相信这完全是从C继承了标准的这一部分）。

当前的GCC将优化哪些需要带符号整数溢出的检查，而哪些不会呢？

由于原始文本的格式不够好，并且似乎存在争议，因此我决定对问题进行一些更改，但将原始文本保留在下面。

下面使用的所有示例均已通过gcc版本4.7.2 (Debian 4.7.2-5)并使用-O3编译

即，它是未定义的，并且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;
}

产生无限循环。 这种优化开始的另一种情况是

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

假设A是带符号整数类型，则溢出分支将被完全删除。

更有趣的是，一些容易证明的整数溢出的情况没有受到影响，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. */
}

这会触发以二进制补码表示的分支。 同样，此代码使条件分支保持不变

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

现在，对于这个问题，是否存在一种看起来像if (A + B < C)或if (A + B < c)将被优化掉？ 当我在写这篇文章之前四处搜寻时，似乎应该对最后一个代码片段进行优化，但是我无法在没有显式使用常量的溢出检查中重现这种错误。

Answer 1

许多编译器会将涉及带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可以为真时。 另一方面，这允许

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

内联，不用任何检查就用q = p和q = p + 1代替，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。 结果，使用无符号32位整数和64位指针的循环会比必要的慢，因为必须考虑回绕行为。 对于无符号的32位整数和64位指针，可能

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

没有未定义的行为（不带有64位整数或32位指针）。

Answer 2

如果我可以解释您的问题，我相信这是在问这样的事情。

是否有一个编译器如此积极地优化有符号整数表达式，使其准备对此类表达式的某些类别进行详细分析，以便确定在可range of representable values for the type的整个可range of representable values for the type从属条件为真（或假）。表达式的结果，并以此方式删除条件测试？

您提供的编译器是GCC的特定版本，并且您提供的表达式范围很窄，但是我想您也希望了解其他编译器或紧密相关的表达式。

答案是现在我还不知道，但这可能只是时间问题。

现有的编译器会对包含常量或某些可识别模式的表达式进行过早评估，如果在此评估期间遇到不确定的行为，通常会避免优化表达式。 他们没有义务这样做。

数据流分析需要占用大量CPU和内存，并且倾向于在有很大好处的地方使用。 最终，C ++标准将停止更改（太多），并且编译器编写者将有很多时间在手。 编译器读取质数筛程序并将其优化为单个打印语句时，我们还有一天的时间，但是它会来的。

我的回答的重点是指出这实际上是关于编译器技术的问题，与C ++标准关系不大。 也许您应该直接向GCC小组询问。