为什么我的编译器在 C++ 中使用 -O3 编译时将此 for 循环“优化”为无限循环

Question

我试图了解什么优化过程导致以下代码在使用 -O3 优化标志编译时产生无限循环。 为了解决这个问题，我知道问题的真正根本原因是这个非 void function 中缺少返回值，我在嵌入式系统上实现此代码的过程中遇到了这个有趣的行为并且没有但是添加了返回值，因为那时我没有使用返回值。

我的问题更多是关于优化过程以及它所做的一切如何在其他情况下提供帮助/“优化”逻辑是什么样的。

有关更多上下文，我在 ubuntu (c++ (Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.1) 9.4.0) 中使用 c++ 编译器以及随附的 aarch64-linux-gnu-g++ 编译器时看到了这种行为Xilinx Vitis 2020.2（当然在各自的平台上运行）。

最小可重现示例（我到目前为止创建的）：

#include <iostream>

int broken_for_loop(){
    for (int i = 0; i < 10000; i+= 1000){
        std::cout << i << std::endl;
    }
}

int main(int argc, char const *argv[]){
    broken_for_loop();
}

使用c++./broken_loop_test.cpp -o test_local -O3或 ARM 等值进行编译时。 循环的 output 是无限的，我一直运行它直到 32b int 环绕。 没有优化，它按我预期的那样工作。 如果我在 for 循环后简单地return 0 ，它也适用于优化。

我天真的怀疑是因为循环外没有返回，编译器期望我从循环内返回或从循环内跳出，因此删除了测试循环条件的检查/分支，但我想知道我是什么可以查看以获取有关此特定主题的更多信息（以及一般的优化，自从我上一门编译器设计课程以来已经有一段时间了）并且我对 ASM 不够满意，无法自信地确定那里的问题。

任何帮助将不胜感激，谢谢！

因为这部分是必需的，我会注意到我已经尝试声明volatile i以及使用不同类型的 integer 以及转换常量值并在循环中做更多/更少。 没有 return 语句，所有这些都会导致相同的行为。

Answer 1

未定义的行为导致时间旅行。

您的代码就是一个很好的例子。

循环后您有未定义的行为（必须返回值的 function 没有）。 由于允许编译器假定 UB 永远不会发生，因此它假定循环永远不会终止，并据此进行编译。