符号付き整数オーバーフロー（厳密に言うと、「符号なし整数オーバーフロー」などはありません）は、未定義の動作を意味します。そして、これは何かが起こる可能性があることを意味し、なぜそれがC ++のルールの下で起こるのかを議論することは意味がありません。
C ++ 11ドラフトN3337：§5.4：1
式の評価中に結果が数学的に定義されていないか、その型の表現可能な値の範囲内にない場合、動作は未定義です。[注：C ++のほとんどの既存の実装では、整数オーバーフローは無視されます。ゼロ除算の処理、ゼロ除数を使用した剰余の形成、およびすべての浮動小数点例外はマシンによって異なり、通常はライブラリー関数によって調整可能です。—エンドノート]
でコンパイルされたコードg++ -O3は警告を発します（なしでも-Wall）
a.cpp: In function 'int main()':
a.cpp:11:18: warning: iteration 3u invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]
std::cout << i*1000000000 << std::endl;
^
a.cpp:9:2: note: containing loop
for (int i = 0; i < 4; ++i)
^
プログラムが実行していることを分析できる唯一の方法は、生成されたアセンブリコードを読み取ることです。
完全なアセンブリリストは次のとおりです。
.file "a.cpp"
.section .text$_ZNKSt5ctypeIcE8do_widenEc,"x"
.linkonce discard
.align 2
LCOLDB0:
LHOTB0:
.align 2
.p2align 4,,15
.globl __ZNKSt5ctypeIcE8do_widenEc
.def __ZNKSt5ctypeIcE8do_widenEc; .scl 2; .type 32; .endef
__ZNKSt5ctypeIcE8do_widenEc:
LFB860:
.cfi_startproc
movzbl 4(%esp), %eax
ret $4
.cfi_endproc
LFE860:
LCOLDE0:
LHOTE0:
.section .text.unlikely,"x"
LCOLDB1:
.text
LHOTB1:
.p2align 4,,15
.def ___tcf_0; .scl 3; .type 32; .endef
___tcf_0:
LFB1091:
.cfi_startproc
movl $__ZStL8__ioinit, %ecx
jmp __ZNSt8ios_base4InitD1Ev
.cfi_endproc
LFE1091:
.section .text.unlikely,"x"
LCOLDE1:
.text
LHOTE1:
.def ___main; .scl 2; .type 32; .endef
.section .text.unlikely,"x"
LCOLDB2:
.section .text.startup,"x"
LHOTB2:
.p2align 4,,15
.globl _main
.def _main; .scl 2; .type 32; .endef
_main:
LFB1084:
.cfi_startproc
leal 4(%esp), %ecx
.cfi_def_cfa 1, 0
andl $-16, %esp
pushl -4(%ecx)
pushl %ebp
.cfi_escape 0x10,0x5,0x2,0x75,0
movl %esp, %ebp
pushl %edi
pushl %esi
pushl %ebx
pushl %ecx
.cfi_escape 0xf,0x3,0x75,0x70,0x6
.cfi_escape 0x10,0x7,0x2,0x75,0x7c
.cfi_escape 0x10,0x6,0x2,0x75,0x78
.cfi_escape 0x10,0x3,0x2,0x75,0x74
xorl %edi, %edi
subl $24, %esp
call ___main
L4:
movl %edi, (%esp)
movl $__ZSt4cout, %ecx
call __ZNSolsEi
movl %eax, %esi
movl (%eax), %eax
subl $4, %esp
movl -12(%eax), %eax
movl 124(%esi,%eax), %ebx
testl %ebx, %ebx
je L15
cmpb $0, 28(%ebx)
je L5
movsbl 39(%ebx), %eax
L6:
movl %esi, %ecx
movl %eax, (%esp)
addl $1000000000, %edi
call __ZNSo3putEc
subl $4, %esp
movl %eax, %ecx
call __ZNSo5flushEv
jmp L4
.p2align 4,,10
L5:
movl %ebx, %ecx
call __ZNKSt5ctypeIcE13_M_widen_initEv
movl (%ebx), %eax
movl 24(%eax), %edx
movl $10, %eax
cmpl $__ZNKSt5ctypeIcE8do_widenEc, %edx
je L6
movl $10, (%esp)
movl %ebx, %ecx
call *%edx
movsbl %al, %eax
pushl %edx
jmp L6
L15:
call __ZSt16__throw_bad_castv
.cfi_endproc
LFE1084:
.section .text.unlikely,"x"
LCOLDE2:
.section .text.startup,"x"
LHOTE2:
.section .text.unlikely,"x"
LCOLDB3:
.section .text.startup,"x"
LHOTB3:
.p2align 4,,15
.def __GLOBAL__sub_I_main; .scl 3; .type 32; .endef
__GLOBAL__sub_I_main:
LFB1092:
.cfi_startproc
subl $28, %esp
.cfi_def_cfa_offset 32
movl $__ZStL8__ioinit, %ecx
call __ZNSt8ios_base4InitC1Ev
movl $___tcf_0, (%esp)
call _atexit
addl $28, %esp
.cfi_def_cfa_offset 4
ret
.cfi_endproc
LFE1092:
.section .text.unlikely,"x"
LCOLDE3:
.section .text.startup,"x"
LHOTE3:
.section .ctors,"w"
.align 4
.long __GLOBAL__sub_I_main
.lcomm __ZStL8__ioinit,1,1
.ident "GCC: (i686-posix-dwarf-rev1, Built by MinGW-W64 project) 4.9.0"
.def __ZNSt8ios_base4InitD1Ev; .scl 2; .type 32; .endef
.def __ZNSolsEi; .scl 2; .type 32; .endef
.def __ZNSo3putEc; .scl 2; .type 32; .endef
.def __ZNSo5flushEv; .scl 2; .type 32; .endef
.def __ZNKSt5ctypeIcE13_M_widen_initEv; .scl 2; .type 32; .endef
.def __ZSt16__throw_bad_castv; .scl 2; .type 32; .endef
.def __ZNSt8ios_base4InitC1Ev; .scl 2; .type 32; .endef
.def _atexit; .scl 2; .type 32; .endef
アセンブリを読み取ることはほとんどできませんが、addl $1000000000, %edi線を見ることができます。結果のコードはより似ています
for(int i = 0; /* nothing, that is - infinite loop */; i += 1000000000)
std::cout << i << std::endl;
@TCのこのコメント：
私はそれが次のようなものであると疑っています：（1）i2より大きい値のすべての反復は未定義の動作をするため->（2）i <= 2最適化の目的で仮定できる->（3）ループ条件は常にtrue->（4 ）無限ループに最適化されます。
OPのコードのアセンブリコードと次のコードのアセンブリコードを比較して、未定義の動作がないようにするためのアイデアが得られました。
#include <iostream>
int main()
{
// changed the termination condition
for (int i = 0; i < 3; ++i)
std::cout << i*1000000000 << std::endl;
}
そして、実際には、正しいコードには終了条件があります。
; ...snip...
L6:
mov ecx, edi
mov DWORD PTR [esp], eax
add esi, 1000000000
call __ZNSo3putEc
sub esp, 4
mov ecx, eax
call __ZNSo5flushEv
cmp esi, -1294967296 // here it is
jne L7
lea esp, [ebp-16]
xor eax, eax
pop ecx
; ...snip...
OMG、それは完全に明白ではありません！それは公平ではありません！火事裁判を求める！
それに対処して、バグのあるコードを書いて、気分が悪くなるはずです。結果を負担します。
...または、代わりに、より適切な診断ツールとより適切なデバッグツールを適切に使用します。
すべての警告を有効にする
-Wall誤検知なしですべての有用な警告を有効にするgccオプションです。これは最低限必要なもので、常に使用する必要があります。- gccには他にも多くの警告オプションがありますが、
-Wall誤検知について警告する可能性があるためい
- Visual C ++は残念ながら、有用な警告を表示する機能に遅れをとっています。少なくともIDEでは、デフォルトで一部が有効になっています。
デバッグにデバッグフラグを使用する
- 整数オーバーフローの場合
-ftrapvにプログラムをトラップします。
- クランコンパイラは、このための優れている：
-fcatch-undefined-behavior未定義の動作（注：のインスタンスの多くをキャッチ"a lot of" != "all of them"）
明日出荷する必要のある、自分が作成したものではないプログラムのスパゲッティの混乱があります！ヘルプ!!!!!! 111oneone
gccを使用 -fwrapv
このオプションは、加算、減算、乗算の符号付き算術オーバーフローが2の補数表現を使用して折り返すと想定するようにコンパイラーに指示します。
1 -§3.9.1.4によると、このルールは「符号なし整数オーバーフロー」には適用されません。
符号なし整数は、符号なしと宣言され、2 nを法とする算術の法則に従います。ここで、nは、その特定のサイズの整数の値表現のビット数です。
そして、例えばの結果UINT_MAX + 1は数学的に定義されている-2 nを法とする算術の規則による