Cの未定義の動作がいつ因果関係の壁を跳んだのか

一部のハイパーモダンCコンパイラは、特定の入力が与えられたときにプログラムが未定義の動作を呼び出す場合、そのような入力は決して受信されないと推測します。その結果、そのような入力が受信されない限り無関係であるコードは排除される可能性があります。

簡単な例として、

void foo(uint32_t);

uint32_t rotateleft(uint_t value, uint32_t amount)
{
  return (value << amount) | (value >> (32-amount));
}

uint32_t blah(uint32_t x, uint32_t y)
{
  if (y != 0) foo(y);
  return rotateleft(x,y);
}

コンパイラは、の評価が0のvalue >> (32-amount)場合に未定義の動作を生成するためamount、関数が0でblah呼び出されることはないと推測yします。fooしたがって、呼び出しは無条件にすることができます。

私が言うことができることから、この哲学は2010年頃にいつか定着したようです。そのルーツについて私が見た最も初期の証拠は2009年に遡り、未定義の動作が発生した場合に明示的に述べているC11標準に安置されていますプログラムの実行のある時点で、プログラム全体の動作が遡って定義されなくなります。

コンパイラは、IEで未定義の動作（逆因果最適化を正当化するために未定義の動作を使用することを試みるべきであるという考えたrotateleft機能がそれを前提とするコンパイラを起こすべきではblah非ゼロと呼ばれている必要がありますy何が今まで引き起こすかどうか、yにゼロ以外の値を保持する）2009年より前に真剣に提唱されましたか？最適化手法として最初に真剣に提案されたのはいつですか。

[補遺]

一部のコンパイラには、20世紀でさえ、ループとその中で計算された値に関する特定の種類の推論を有効にするオプションが含まれています。たとえば、

int i; int total=0;
for (i=n; i>=0; i--)
{
  doSomething();
  total += i*1000;
}

コンパイラーは、オプションの推論がない場合でも、次のように書き直します。

int i; int total=0; int x1000;
for (i=n, x1000=n*1000; i>0; i--, x1000-=1000)
{
  doSomething();
  total += x1000;
}

そのコードの動作は元のコードと正確に一致するため、コンパイラがそのint値を常にmod-65536の2の補数形式でラップするように指定したとしても。追加の推論のオプションは、コンパイラがいるのでそれを認識させるだろうiとx1000同時にゼロを横断する必要があり、元の変数を排除することができます。

int total=0; int x1000;
for (x1000=n*1000; x1000 > 0; x1000-=1000)
{
  doSomething();
  total += x1000;
}

int値がmod 65536でラップされたシステムでは、最初の2つのループのいずれかnを33と実行しようとすると、doSomething()33回呼び出されます。対照的にdoSomething()、最初の呼び出しがdoSomething()算術オーバーフローの前にあったとしても、最後のループはまったく呼び出されません。このような動作は「非因果的」と見なされる可能性がありますが、影響はかなりよく抑制されており、動作が明らかに無害である場合が多くあります（入力が与えられたときに関数が何らかの値を生成する必要がある場合でも、値入力が無効である場合は任意である可能性があり、無効な値が指定された場合にループがより速く終了しますn実際に有益です）。さらに、コンパイラーのドキュメントは、UBに関係するプログラムであっても、プログラムの動作を変更するという事実に対して謝罪する傾向がありました。

私は、コンパイラーの作者の態度が、プラットフォームによって標準で義務付けられていない場合でもいくつかの使用可能な動作制約を実際に文書化する必要があるという考えから、によって義務付けられていない動作に依存するすべての構文が標準は、ほとんどの既存のコンパイラで同じ要件を満たす厳密に準拠したコードと同じかそれ以上に機能する場合でも、不正にブランド化する必要があります（多くの場合、厳密に準拠したコードでは不可能な最適化を許可します）。

未定義の動作は、仕様で動作を指定することが現実的ではない状況で使用され、絶対に可能な動作をすべて許可するように常に記述されています。

UBの非常に緩いルールは、仕様に準拠したコンパイラが通過する必要があることを考えるときに役立ちます。悪いUBを実行したときにエラーを出力するのに十分なコンパイル能力があるかもしれませんが、再帰を数層追加すると、警告を表示できるようになります。仕様には「警告」の概念がないため、仕様に動作が指定されている場合、「エラー」である必要があります。

この副作用がますます多く見られる理由は、最適化の推進です。仕様に適合するオプティマイザを書くのは難しいです。仕様に準拠したオプティマイザを作成することも、仕様の外に出たときに意図したことを推測することで非常に良い仕事をすることはたまたま残酷です。UBがUBを意味すると仮定すると、コンパイラーははるかに簡単になります。

これは、同じコンパイラで多くの多くの命令セットをサポートしようとするgccに特に当てはまります。すべてのUBコードがすべてのプラットフォームで失敗する可能性があるすべての方法に取り組み、オプティマイザの初期のフレーズにそれを組み込むよりも、UBにUBの動作を譲らせるほうがはるかに簡単です。

「未定義の動作により、コンパイラーがコードを書き換える可能性があります」は、ループの最適化で長時間発生しました。

ループを取る（たとえば、aとbはdoubleへのポインター）

for (i = 0; i < n; ++i) a [i] = b [i];

intをインクリメントし、配列要素をコピーして、制限と比較します。最適化コンパイラは、最初にインデックスを削除します。

double* tmp1 = a;
double* tmp2 = b;
for (i = 0; i < n; ++i) *tmp1++ = *tmp2++;

n <= 0の場合を削除します。

i = 0;
if (n > 0) {
    double* tmp1 = a;
    double* tmp2 = b;
    for (; i < n; ++i) *tmp1++ = *tmp2++;
}

次に、変数iを削除します。

i = 0;
if (n > 0) {
    double* tmp1 = a;
    double* tmp2 = b;
    double* limit = tmp1 + n;
    for (; tmp1 != limit; tmp1++, tmp2++) *tmp1 = *tmp2;
    i = n;
}

32ビットシステムでn = 2 ^ 29、64ビットシステムで2 ^ 61の場合、一般的な実装ではtmp1 ==の制限があり、コードは実行されません。ここで、割り当てを長時間かかるものに置き換えます。これにより、元のコードは時間がかかりすぎてコンパイラがコードを変更したために不可避のクラッシュが発生することがなくなります。

CおよびC ++では、未定義の動作の結果として、何かが発生する可能性があります。したがって、コードが未定義の動作を呼び出さないとコンパイラが想定できることも常にあります。コードに未定義の動作がない場合、想定は正しいものでした。または、コードに未定義の動作があり、誤った仮定の結果として何が起こっても、「何でも起こり得ます」でカバーされます。

あなたがCに特徴を「制限する」を見れば、機能の全体のポイントは、コンパイラは未定義動作がないことを想定することができるということですので、我々は、コンパイラだけでなく点が到達するが、実際にする必要があり未定義がないと仮定し動作。

提供する例では、シフトカウントが32ビットコードで32、64ビットコードで64の場合、左または右シフトを実装するためにx86ベースのコンピューターで通常使用されるアセンブラー命令は0ビットシフトします。これは、ほとんどの場合、望ましくない結果（およびARMやPowerPCとは異なる結果など）につながるため、コンパイラーは、この種の未定義の動作が発生しないと想定することは十分に正当化されます。コードを次のように変更できます

uint32_t rotateleft(uint_t value, uint32_t amount)
{
   return amount == 0 ? value : (value << amount) | (value >> (32-amount));
}

そして、シフトコード用に生成されたアセンブラコードは、量== 0の場合と同じ結果を生成するため、ほとんどのプロセッサでは、「量== 0」コードをコンパイラによって削除する必要があることをgccまたはClang開発者に示唆します。

これは、コードにバグがあるためです。

uint32_t blah(uint32_t x, uint32_t y)
{
    if (y != 0) 
    {
        foo(y);
        return x; ////// missing return here //////
    }
    return rotateleft(x, y);
}

言い換えると、特定の入力が与えられたときに、疑いを超えて未定義の動作を呼び出しているとコンパイラが認識した場合にのみ、因果関係の壁を飛び越えます。

未定義の動作の呼び出しの直前に戻ることにより、その未定義の動作の実行を意識的に防止していることをコンパイラに伝え、コンパイラはそれを認めます。

言い換えると、非常に厳密な方法で仕様を適用しようとするコンパイラーがある場合、可能なすべての引数検証をコードに実装する必要があります。さらに、これらの検証は、前述の未定義の動作を呼び出す前に行う必要があります。

待つ！そして、もっとあります！

さて、コンパイラーがこれらの非常にクレイジーでありながら超論理的なことを行うので、関数が実行を継続することは想定されていないことをコンパイラーに伝えることが不可欠です。したがって、関数のnoreturnキーワードは必須になります。foo()