C中的0/0-gcc-7或更高

Question

在数学上， 0 / 0是不确定的。 但是，在C编程中（尤其是ubuntu上的gcc编译器gcc-7.3.0），其答案为1 。 我想知道原因。 通过反复减法是否起作用？ 对于相同的代码，如果我使用n = 1 / n ，则会得到一个浮点异常。 但是，对于gcc-5.3.0，它会产生错误。

#include <stdio.h>

int main() {
    int n = 5;
    n = n - 5;
    switch (n) {
    case 0:
        printf("n= %d", n);
        n = n / n;
        printf("n calc= %d", n);
        break;
    case 5:
        printf("n=5");
        break;
    default:
        printf("n=1");
        break;
    }
    return 0;
}

Answer 1

除以零是C编程中未定义的行为（C11 6.5.5§6）。 意味着没有可预测的结果，也没有告诉您程序可能会做什么。

尝试为什么会得到“可能发生的任何事情”的特定结果并不是很有意义。 它可能会打印1，可能会打印42，也可能什么也不打印。 该程序可能会崩溃并刻录。 如果您两次运行该程序，则可能会得到不同的结果。 等等。

至于为什么不会出现编译器错误，则编译器无法或没有义务发现或诊断运行时错误。 程序员需要避免大多数未定义行为的情况。

如果您使用纯整数常量表达式，例如int x = 0/0;一些好的编译器可能会发出警告int x = 0/0; ，但再次发现此错误不是编译器的工作。 这是程序员的工作。 因此，您应该养成在应用操作数之前始终检查/或%的正确操作数是否为零的习惯。

Answer 2

允许编译器假设代码没有调用未定义的行为，并在优化代码时使用该假设。

对于除n==0以外的任何值，表达式n/n计算结果均为1。由于在C中，零除是未定义的行为，因此编译器可以假定这种情况永远不会发生，即可以假定n!=0 。 由于可以假设，编译器可以用便宜的常数1代替慢n/n 。 这可能是有关代码发生的情况。

当然，编译器不需要做任何这样的假设，并且可能会产生实际的除法。 根据执行代码的硬件，在被零除的情况下，可能会触发特定的硬件信号（或异常）。 我怀疑在此示例中任何合理的编译器都将为优化代码发出除法，因为除法速度非常慢，并且根据标准，常数1是否足够好。 但是，仍然有可能在调试模式下产生实际的除法。

优化其他未定义的行为（例如int溢出）时也会发生类似的事情：

void f(int x)
{
   if (x > x + 1) 
       // executed only in case of overflow,
       // which is undefined behavior, 
       // and hence likely optimized out.
       overflow_error();
   ...

不要依赖未定义的行为-这是不可预测的。

Answer 3

从Godbolt的编译器浏览器中可以看出， gcc和clang都将n / n n整数的n / n优化为1而没有任何警告。 gcc 即使在-O0 也执行此优化，而clang为-O0生成除法操作码，但为-O1及更高版本生成优化的替代方法。

0 / 0仍然具有未定义的行为，因此，如果n为零，则对n / n任何行为都是可以的，包括评估为1而没有明显的副作用。

如果您坚持认为，可以将n为volatile ，并且编译器可能会生成除法，就像在这种情况下gcc和clang一样，但是只要将n读取两次，就不必这样做。