为什么在使用int32_t循环变量时for循环不停止？

Question

在我的程序中，我发现当I为int32_t时，循环无法正确退出。它看起来像整数溢出，远远大于10，循环不会停止。请告诉我发生了什么，以及如何在大型项目中避免这个错误。

#include <iostream>
#include <stdint.h>
int f(int n){

    for (int32_t i = 0; i < 10; ++i)
    {
        int64_t time = 4500000000 +  (i) * 500000000;
        std::cout << time<< " i: " << i << std::endl;

    }
    return 0;
}

int main ()
{
    return f(10);
}

代码链接

Answer 1

如果您使用GCC 11.2.0和-Wall-O2选项，您将看到有关未定义行为的警告：

test.cpp: In function 'int f(int)':
test.cpp:7:42: warning: iteration 5 invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]
    7 |         int64_t time = 4500000000 +  (i) * 500000000;
      |                                      ~~~~^~~~~~~~~~~
test.cpp:5:27: note: within this loop
    5 |     for (int32_t i = 0; i < 10; ++i)
      |                         ~~^~~~

编译器知道5*500000000太大，无法放入int（通常为32位）中。有符号整数溢出是C语言中未定义的行为。因此，编译器可以自由地假设这个溢出永远不会发生，因此它将假设i永远不会达到10，因此它可以去掉for循环中检查i的部分

只需添加一些转换来指定您要执行64位算术。这消除了警告、溢出和未定义的行为：

int64_t time = (int64_t)4500000000 + i * (int64_t)500000000;