GCC を使用した x86 で符号付き整数オーバーフローが無限ループを引き起こすのはなぜですか?

GCC による x86 での整数オーバーフローが無限ループを引き起こす

はじめに
次のコード スニペットでは、整数GCC を使用した x86 でのオーバーフローにより、予想されるラッピングではなく無限ループが予期せず発生します動作:

int i = 0x10000000;
do {
  i += i;
} while (i > 0);

分析
x86 CPU 上の整数演算は通常、2 の補数表現のラップアラウンド動作に従います。ただし、前述のコードでは、符号付き整数オーバーフローにより、プログラムが無限ループに入る原因となります。

問題
符号付き整数オーバーフローの未定義の動作により、x86 では予測できない結果が発生する可能性があります。 。 GCC は、整数がオーバーフローしないことを前提として、ループ テストを最適化します。結果として、ループは無限に続きます。

観察

• 無限ループは、最適化が有効になっている (-O2) 場合にのみ発生します。
• 最適化を無効にする (-O0) と、正しい動作が得られます。
• その他のバリエーション(i *= 2) も失敗しますが、i

説明
整数オーバーフローが発生すると、CPU のステータス フラグは更新されません。コンパイラーは、オーバーフローがないと想定して、フラグをチェックせずにループを続行し、無限ループにつながります。

解決策
望ましいラップアラウンド動作を保証するために、コンパイラーは、フラグ -fwrapv を使用する必要があります。このフラグは、明確に定義された整数オーバーフロー セマンティクスを有効にしますが、パフォーマンスに影響を与える可能性があります。

結論
符号付き整数オーバーフローは未定義の動作であり、予測できない結果を引き起こす可能性があります。コンパイラはオーバーフローがないという前提に基づいて最適化を行うため、予期しない動作が発生する場合があります。 -fwrapv を使用すると、ラップアラウンド動作を強制できますが、潜在的なパフォーマンスへの影響を考慮して検討する必要があります。

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