為什么GCC 4.8.2抱怨在嚴格溢出下添加？

Question

考慮這段代碼（ bits.c ）：

#include <assert.h>
#include <inttypes.h>
#include <stdio.h>

static uint64_t pick_bits(unsigned char *bytes, size_t nbytes, int lo, int hi)
{
  assert(bytes != 0 && nbytes > 0 && nbytes <= 8);
  assert(lo >= 0 && lo < 64);
  assert(hi >= 0 && hi < 64 && hi >= lo);
  uint64_t result = 0;
  for (int i = nbytes - 1; i >= 0; i--)
    result = (result << 8) | bytes[i];
  result >>= lo;
  result &= (UINT64_C(1) << (hi - lo + 1)) - 1;
  return result;
}

int main(void)
{
  unsigned char d1[8] = "\xA5\xB4\xC3\xD2\xE1\xF0\x96\x87";
  for (int u = 0; u < 64; u += 4)
  {
    uint64_t v = pick_bits(d1, sizeof(d1), u, u+3);
    printf("Picking bits %2d..%2d gives 0x%" PRIX64 "\n", u, u+3, v);
  }
  return 0;
}

編譯時帶有嚴格的警告（使用為Ubuntu 12.04衍生版本構建的GCC 4.8.2）：

$ gcc -g -O3 -std=c99 -Wall -Wextra -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes \
>     -Wold-style-definition -Wold-style-declaration -Werror  bits.c -o bits
In file included from bits.c:1:0:
bits.c: In function ‘main’:
bits.c:9:35: error: assuming signed overflow does not occur when assuming that (X + c) < X is always false [-Werror=strict-overflow]
   assert(hi >= 0 && hi < 64 && hi >= lo);
                                   ^
cc1: all warnings being treated as errors

我很困惑：海灣合作委員會如何抱怨增加？ 該行中沒有添加內容（即使是預處理過的）！ 預處理輸出的相關部分是：

# 4 "bits.c" 2

static uint64_t pick_bits(unsigned char *bytes, size_t nbytes, int lo, int hi)
{
  ((bytes != 0 && nbytes > 0 && nbytes <= 8) ? (void) (0) : __assert_fail ("bytes != 0 && nbytes > 0 && nbytes <= 8", "bits.c", 7, __PRETTY_FUNCTION__));
  ((lo >= 0 && lo < 64) ? (void) (0) : __assert_fail ("lo >= 0 && lo < 64", "bits.c", 8, __PRETTY_FUNCTION__));
  ((hi >= 0 && hi < 64 && hi >= lo) ? (void) (0) : __assert_fail ("hi >= 0 && hi < 64 && hi >= lo", "bits.c", 9, __PRETTY_FUNCTION__));
  uint64_t result = 0;
  for (int i = nbytes - 1; i >= 0; i--)
    result = (result << 8) | bytes[i];
  result >>= lo;
  result &= (1UL << (hi - lo + 1)) - 1;
  return result;
}

顯然，我可以添加-Wno-strict-overflow來抑制該警告，但我不明白為什么警告首先被認為適用於此代碼。

（我注意到這個錯誤據說是In function 'main':但是這是因為它能夠將函數的代碼強制內聯到main 。）

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進一步觀察

答案引發了一些觀察：

• 出現問題是因為內聯。
• 移除static不足以避免此問題。
• 與main工作分開編譯功能。
• 添加__attribute__((noinline))也可以。
• 使用-O2優化也可以避免這個問題。

附屬問題

這看起來像是GCC編譯器的可疑行為。

• 是否值得向GCC團隊報告可能的錯誤？

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匯編程序輸出

命令：

$ gcc -g -O3 -std=c99 -Wall -Wextra -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes \
> -Wold-style-definition -Wold-style-declaration -Werror -S \
> -Wno-strict-overflow bits.c
$

匯編程序（頂部）：

    .file   "bits.c"
    .text
.Ltext0:
    .section    .rodata.str1.8,"aMS",@progbits,1
    .align 8
.LC0:
    .string "Picking bits %2d..%2d gives 0x%lX\n"
    .section    .text.startup,"ax",@progbits
    .p2align 4,,15
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
.LFB8:
    .file 1 "bits.c"
    .loc 1 19 0
    .cfi_startproc
.LVL0:
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
.LBB8:
.LBB9:
    .loc 1 23 0
    movl    $3, %edx
.LBB10:
.LBB11:
    .loc 1 13 0
    movabsq $-8676482779388332891, %rbp
.LBE11:
.LBE10:
.LBE9:
.LBE8:
    .loc 1 19 0
    pushq   %rbx
    .cfi_def_cfa_offset 24
    .cfi_offset 3, -24
.LBB22:
    .loc 1 21 0
    xorl    %ebx, %ebx
.LBE22:
    .loc 1 19 0
    subq    $8, %rsp
    .cfi_def_cfa_offset 32
    jmp .L2
.LVL1:
    .p2align 4,,10
    .p2align 3
.L3:
    leal    3(%rbx), %edx
.LVL2:
.L2:
.LBB23:
.LBB20:
.LBB16:
.LBB12:
    .loc 1 13 0
    movl    %ebx, %ecx
    movq    %rbp, %rax
.LBE12:
.LBE16:
    .loc 1 24 0
    movl    %ebx, %esi
.LBB17:
.LBB13:
    .loc 1 13 0
    shrq    %cl, %rax
.LBE13:
.LBE17:
    .loc 1 24 0
    movl    $.LC0, %edi
.LBE20:
    .loc 1 21 0
    addl    $4, %ebx
.LVL3:
.LBB21:
.LBB18:
.LBB14:
    .loc 1 13 0
    movq    %rax, %rcx
.LBE14:
.LBE18:
    .loc 1 24 0
    xorl    %eax, %eax
.LBB19:
.LBB15:
    .loc 1 14 0
    andl    $15, %ecx
.LBE15:
.LBE19:
    .loc 1 24 0
    call    printf
.LVL4:
.LBE21:
    .loc 1 21 0
    cmpl    $64, %ebx
    jne .L3
.LBE23:
    .loc 1 27 0
    addq    $8, %rsp
    .cfi_def_cfa_offset 24
    xorl    %eax, %eax
    popq    %rbx
    .cfi_def_cfa_offset 16
.LVL5:
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE8:
    .size   main, .-main
    .text
...

Answer 1

它正在內聯函數，然后生成錯誤。 你可以自己看看：

__attribute__((noinline))
static uint64_t pick_bits(unsigned char *bytes, size_t nbytes, int lo, int hi)

在我的系統上，原始版本生成相同的警告，但是noinline版本沒有。

GCC然后優化hi >= lo ，因為它確實是u+3 >= u ，並產生警告，因為它不足以確定u+3不會溢出。 丟人現眼。

文檔

從GCC文檔，第3.8節：

如果所涉及的變量的值實際上發生溢出，那么假定未發生帶符號溢出的優化是完全安全的。 因此，此警告很容易產生誤報：對代碼實際上不是問題的警告。 為了幫助關注重要問題，定義了幾個警告級別。 在估計循環所需的迭代次數時，不會發出使用未定義的有符號溢出的警告，特別是在確定是否將執行循環時。

強調補充說。 我個人的建議是使用-Wno-error=strict-overflow ，或者使用#pragma來禁用違規代碼中的警告。

Answer 2

我的假設是gcc正在內聯pick_bits，因此編譯時知道hi == lo+3 ，這使得它假設hi >= lo總是為真，只要lo足夠低， lo+3不會溢出。