在循环中的哪个点，整数溢出会变成未定义的行为？

Question

这是一个例子来说明我的问题，其中涉及一些更复杂的代码，我不能在这里张贴。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        printf("Hello\n");
        a = a + 1000000000;
    }
}

这个程序在我的平台上包含未定义的行为，因为a会在第三个循环上溢出。

这会使整个程序有未定义的行为，还是只有在溢出真正发生之后？编译器可能会发现a会溢出，这样它就可以声明整个循环未定义，并且不用费心运行printfs，即使它们都发生在溢出之前？

_{（标记的C和C虽然不同，但我对这两种语言的答案感兴趣，如果它们不同的话。）}

Answer 1

针对16位int的积极优化C或C编译器会知道将1000000000添加到int类型的行为是未定义的。

任何一个标准都允许它做任何它想要的事情，其中可能包括删除整个程序，留下int main（）{}。

但是更大的整数呢？我还不知道有哪个编译器能做到这一点（而且我无论如何都不是C和C编译器设计方面的专家），但我想有时候，一个以32位int或更高位int为目标的编译器会发现循环是无限的（我不会改变），所以最终会溢出。因此，它可以再次将输出优化为int main（）{}。我在这里想说的是，随着编译器优化变得越来越激进，越来越多的未定义行为结构正在以意想不到的方式表现出来。

您的循环是无限的这一事实本身并不是未定义的，因为您正在写入循环主体中的标准输出。

Answer 2

首先，让我纠正这个问题的标题：

未定义的行为（具体而言）不是执行领域。

未定义的行为会影响所有步骤：编译、链接、加载和执行。

要巩固这一点，请记住没有一节是详尽的：

• 编译器可以假设包含Undefined Behavior的代码部分永远不会执行，因此假设导致这些行为的执行路径是死代码。看看除了Chris Lattner，每个C程序员都应该知道什么是未定义的行为
• 链接器可以假设在弱符号（通过名称识别）的多个定义存在的情况下，由于“一个定义规则”，所有定义都是相同的
• 加载器（如果您使用动态库）可以假设相同，从而选择它找到的第一个符号；这通常用于在Unix上使用LD_PRELOAD技巧拦截调用
• 如果使用悬空指针，执行可能会失败（SIGSEV）

这就是未定义行为的可怕之处：几乎不可能提前预测将发生的确切行为，并且必须在每次更新工具链，底层操作系统时重新进行这种预测...

我建议看迈克尔·斯宾塞（LLVM开发者）的视频：2016年CppCon：我的小优化器：未定义的行为是魔法。

Answer 3

如果您对纯理论答案感兴趣，C标准允许未定义的行为“时间旅行”：

[执行简介]/5：执行格式良好的程序的一致性实现应产生与具有相同程序和相同输入的抽象机器相应实例的可能执行之一相同的可观察行为。但是，如果任何此类执行包含未定义的操作，则本标准对使用该输入执行该程序的实现没有要求（甚至对第一个未定义操作之前的操作也没有要求）

因此，如果您的程序包含未定义的行为，那么整个程序的行为就是未定义的。