为什么优化打破了这个C代码？

Question

有谁知道为什么-O2打破了这段代码？ 我怀疑它是gcc中的一个错误，因为它可以在不同平台和不同版本的gcc上正常工作。 但是，代码也可能包含一些我不知道的特性。 谁能开导我？

这是代码，它是可变数量的嵌套循环的实现，产生所有可能的组合。 预期的产出是

100 1
010 2
001 4
110 3
101 5

和破碎的版本报告

100 1
010 2
001 4
100 1
010 2

代码是：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int nmax = 5; // finish after 5 combinations
    int n = 3;    // three elements
    int *out = (int*) calloc(nmax, sizeof(int)); 
    int *cnt = (int*) calloc(n, sizeof(int)); // declaring volatile solves the problem. But why ?
    int il, nl, i = 0;
    for (nl=1; nl<=n; nl++)
    {
        for (il=0; il<nl; il++) cnt[il] = 0;
        cnt[nl-1] = -1;
        while ( cnt[0]<n-nl )
        {
            for (il=nl-1; il>=0; il--)
            {
                if ( ++cnt[il] < n-nl+il+1 ) break;
                cnt[il] = 0;
            }
            for (il=1; il<nl; il++)
            {
                if ( cnt[il] <= cnt[il-1] ) cnt[il] = cnt[il-1]+1;
            }
            for (il=0; il<nl; il++) out[i] |= 1<<cnt[il];
            if ( ++i >= nmax ) break;
        }
        if ( i >= nmax ) break;
    }
    for (i=0; i<nmax; i++)
    {
       for (il=0; il<n; il++) printf("%d", out[i]&(1<<il) ? 1 : 0);
       printf("\t%d\n", out[i]);
    }
    free(cnt);
    free(out);
    return 0;
 }

Answer 1

您应该发布您正在使用的gcc版本，目标以及您正在使用的确切命令行的详细信息。 另外，发布GCC生成的程序集（例如，使用-S选项）会很有帮助。

我猜测编译器错误地将cnt[0]从while循环控制表达式中提升出来。 以下修改（将模拟提升机）产生不正确的输出：

// ...

for (nl=1; nl<=n; nl++)
{
    int tmp;                            // <== new line
    for (il=0; il<nl; il++) cnt[il] = 0;
    cnt[nl-1] = -1;
    tmp = cnt[0];                       // <== new line
    while ( /*cnt[0] */ tmp <n-nl )     // modified
    {
        for (il=nl-1; il>=0; il--)

// ...

当然，这只是猜测 - 获取所请求的详细信息会更有趣，因此可以检查生成的代码。