C 編譯器是否可以假設布林值的數值表示形式僅為 0 或 1，這是否會導致未定義的行為？

編譯器最佳化與未定義行為：C 是否允許對布林值進行某些假設？

簡介

本文探討了 C 標準是否允許編譯器為 bool 假設某些數值表示以及這樣的假設是否會導致程式崩潰等後果。

問題

程式設計師在序列化函數中使用未初始化的 bool 值時遇到程式崩潰將布林值轉換為字串。令人驚訝的是，崩潰僅發生在使用啟用了最佳化的特定編譯器的特定平台上。

有問題的程式碼：

void Serialize(bool boolValue) {
    const char* whichString = boolValue ? "true" : "false";
    const size_t len = strlen(whichString);
    memcpy(destBuffer, whichString, len);
}

當使用 Clang 5.0.0 和最佳化執行程式碼時（ -O2），它可能會崩潰。出現此行為的原因是優化器推斷字串「true」和「false」的長度僅相差 1。它不計算實際長度，而是使用 boolValue 的值（假設該值是 0 或 1）。

const size_t len = strlen(whichString); // original code
const size_t len = 5 - boolValue;       // clang optimization

問題：標準注意事項

文章提出了問題：C 標準是否允許編譯器假設bool 只能有「0」或「1」的內部數字表示並以這種方式使用它？或者這是實現定義的行為的情況，其中實現假定其所有布林值僅包含 0 或 1，並且任何其他值都是未定義的行為範圍？

答案：標準一致性

根據作者的說法，ISO C 允許（但不要求）實現來實現這一點選擇。 ISO C 未指定 bool 的內部表示是什麼，允許實現做出自己的假設。

編譯器最佳化行為

System V ABI： 對於使用System V ABI 的平台（通常在x86-64 系統上使用），布林值傳遞給函數的參數由位元模式表示：暫存器的低8 位元中0 = false 和1 = true。在記憶體中，bool 是 1 位元組類型，必須具有整數值 0 或 1。

此 ABI 決策允許編譯器利用最佳化，例如假設 bool 為 0 或 1 並按位元執行操作而不是昂貴的類型轉換。在提供的範例中，優化器利用此行為將 strlen(whichString) 最佳化為 5U - boolValue。

其他實作與假設：

雖然 System V ABI 被廣泛使用，但其他實作可能會做出不同的假設。例如，他們可以認為 0 = false，任何非零值 = true。在這種情況下，編譯器可能不會產生因未初始化的 bool 值而崩潰的程式碼，但它仍然可以被視為未定義的行為。

程式崩潰的危險

雖然C 標準允許此類最佳化，但值得注意的是，遇到未定義行為的程式在其整個存在過程中都被視為完全未定義。這意味著即使在從未實際呼叫的函數中遇到未定義的行為，也可能會發生崩潰。

最佳實踐和避免未定義的行為

編譯器正在成為越來越積極地優化程式碼，根據他們對實現的內部理解來假設行為。對於程式設計師來說，避免依賴實現假設並確保他們的程式碼是有效的 C 語言而不假設它的行為像可移植彙編語言至關重要。

為了避免問題，程式設計師應該遵循以下最佳實務：

• 使用 -Wall 編譯器標誌來啟用警告。
• 修復您產生的所有警告編譯器。
• 請注意，有關未初始化變數的假設可能會導致程式崩潰。
• 考慮使用 Address Sanitizer 和 Memory Sanitizer 等工具來檢測未初始化值的使用和潛在的未定義行為。

以上是C 編譯器是否可以假設布林值的數值表示形式僅為 0 或 1，這是否會導致未定義的行為？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！