Re: [問題] 關於Undefined Behavior的一些疑問

[Favonia (小西風最乖了*^^*)]

    好像是被我推坑的 xD

※ 引述《angleevil (human)》之銘言：
: 1.
: 最近在看http://blog.regehr.org/archives/213
: 裡面有討論一些Undefined Behavior,但是有些不是很懂,
: 因此來詢問大家,
: 為什麼a變數要檢查INT32_MIN呢?
: b為-1會有什麼問題?
:
: int32_t safe_div_int32_t (int32_t a, int32_t b)
: {
:   if ((b == 0) || ((a == INT32_MIN) && (b == -1)))
:   {
:     report_integer_math_error();
:     return 0;
:   }
:   else
:   {
:     return a / b;
:   }
: }
:
: → akasan:INT32_MIN/-1 = INT32_MAX'+1'                             07/06 10:10
: → akasan:在一般二補數系統會發生                                   07/06 10:10

    補充：C99 強制堆定 INTN_MIN 剛好 -2^(N-1) 然後 INTN_MAX 剛好
2^(N-1)-1. 即使在某些少見的實作中 int 不用二補數，但 int32_t 一定
是佔了剛好 32 位元，用二補數表示的有號整數。標準的意思是說沒支援
不提供沒關係，想支援就按照規矩來。這就是作者有信心這份程式碼絕對
安全的原因。（在詭異的實作上頂多編譯失敗，執行期間是有保證的。）

: 2.
: 還有所謂的side effect是指a=b++ + ++b的問題嘛?
: 因為我好像一值以來,把它和bound問題混在一起想,
: 作者用asm當例子,我就更難理解了!

    不完全是。副作用（side effect）指的是除了計算出結果以外，其他
「看得到」的效果。例如我今天請你計算 1 + 1, 結果你先跑去引爆核彈
再回頭告訴我答案是 2，然後我也看到地球毀了，那引爆核彈就是副作用。
這有兩個重點，一個是「計算以外」，一個是「看得到」（observable）。
C99 和 C++03 定義了好幾樣東西都是副作用（C99 5.1.2.3 C++03 1.9），
其中一樣講白話就是修改變數中的內容。

    blog 文章第三篇我個人感覺重點有兩個。第一個是，通常如果你這樣寫：

    | 敘述1;
    | 敘述2;

    由於分號的關係，標準規定所有敘述1的副作用（例如引爆核彈）一定
要在分號前完成（要等地球徹底毀滅），然後敘述2的副作用（例如引爆氫
彈）才能開始（再毀滅一次）。許多運算子等等也有規定副作用的順序，
（篇幅關係全部省掉 xD）標準認為修改變數中的內容算副作用，可是很多
實際上在用的編譯器才不鳥這規定。也就是說，

    | int a = 0;
    | int b = 0;
    | a++;
    | b++;
    （假設實作用現在常見的記憶體充當虛擬機器的記憶體）

    理論上要等 a 的新值儲存完才能開始對 b 動刀，但實際上很多編譯器
都不按標準實作，因為它們覺得修改 a 和 b 的內容不算「副作用」。（請
原諒我一直避開艱澀難懂的術語。）第一個重點和文章後面的附註，就是要
強調「編譯器其實沒按照標準做」這件事情。這其實是情由可原的，因為大
部分的情況下的確分辨不出來 a 和 b 到底誰先改，然後如果編譯器不想辦
法把最佳化的手段推到極限，還會被別人抱怨。（「穩定但比較慢」的實作
永遠不及「快速而表面上還行」的實作受歡迎... 直到哪天出了大問題才會
檢討吧，我猜。）

    註：個人不同意直接說這兩個不算副作用，見文章最後面。

    第二個重點是，未定義行為不算在副作用中。如果召喚外星人是未定義
行為，然後你寫：

    | 引爆核彈;
    | 召喚外星人;

    有可能核彈都還沒引爆，外星人就出現，然後把地球瞬間變成黑洞。撇
開第一個問題（沒按照標準實作）不談，在第二個問題上標準和編譯器可謂
有志一同，一致認為召喚出外星人是程式設計師的責任。即使表面上看起來，
地球要先被炸一炸才變成黑洞，但這不是真實世界的樣子。口說無憑，網路
上那篇文章就舉了一個例子惡整 clang. 就我測試的結果，把 printf 換成
fprintf (stderr, ... 也都可以重現它的結果。文章主要的意思是常常有人
用 printf 來偵測外星人在哪裡：

    | /* 好多程式碼 */
    |
    | 發出 SOS 訊號;
    |
    | /* 又好多程式碼 */
    |
    | 召喚外星人;

    表面上看起來，如果我們在螢幕上沒有發現 SOS 訊號，就可以篤定外星
人在那行程式碼之前出現。這種推論是錯的。即使表面上外星人是後面才會
出現，它可以在你發出訊號前把地球變成黑洞。

    註：個人覺得不必像文章討論算不算副作用，因為未定義行為會直接讓
整個程式都沒有定義，當然也不受上面什麼分號的約束了。技術上來說，編
譯器遇到有未定義行為的程式，隨便怎麼實作都無所謂。

    希望看了我亂七八糟的譬喻後對你有幫助 xD

--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.112.30.39
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/06 12:46)
編輯：2^N 應為 2^(N-1), 不好意思打錯了。
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/06 12:53)
→ angleevil:第一個問題是了解了,第二個問題是大概了解.
→ angleevil:問題看起來很蠢,但是卻是台灣大部分工程師常犯的錯誤喔
→ angleevil:功力還是不夠,喝.
→ angleevil:謝謝
    稍微再補了一點 :Q

推 xatier:推幽默的精彩解說！
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/06 20:11)
→ angleevil:就可以篤定問題出在那行程式碼之前。這是錯的。...<-
→ angleevil:意思是不是召喚外星人先出現阿?
    嗯，應該就是你的意思。標準允許外星人在隨便一個地方出現。我改一
下文章 xDDD
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/06 21:17)
→ angleevil:這是錯的。外星人是無敵的<--這個可能要移除一下,不然
→ angleevil:句子不通.喔,我懂了那篇的講法了.謝謝你跟另一個熱心
→ angleevil:的人.
    嗯改好了 xD 謝謝你的建議。
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/06 21:26)
→ angleevil:我才該道謝,因為英文不好,其實part3,只是有點感覺才來
→ angleevil:麻煩大家.因此才搞懂以前忽略的問題.<m.m>
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/07 04:25)
推 ibmibmibm:你到底是有多討厭地球啊XDDDD
    不好意思下次改火星好了 xDD

    編輯：重寫一些細節 xD
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/07 19:56)
→ angleevil:= =恩,誰來告訴我,怎麼把標題改成已解決
→ tropical72:E 修改內文標題, T 修改列表標題。
→ tropical72:連按 hh, 呼叫覆蓋在 ptt 桌面上的 小天使
→ angleevil:謝謝,發卡
推 VictorTom:推一下:)
    編輯：補一下自己意見好了，因為這篇文章是按照網路上那篇文章打的，
我沒有完全同意 orz 我的意見標上黃色。不想被人當作我同意所有看法 xD
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/08 06:16)

    編輯：發現愚蠢的錯字 Orz
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/08 06:42)
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/08 06:42)
→ angleevil:=..=很完美了,可以結案了!
→ angleevil:補充一點好了-INT_MIN = INT_MIN,這才是作者想避免的
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/23 22:22)

    我想了好久天才想到要怎麼補一個很討厭的東西，修正我之前講的話：

    標準雖然有一大堆規定，但是實際上那是針對虛擬機器定的。如果編譯器
不把真實記憶體直接當作虛擬機器的記憶體，則上述的最佳化可能都沒有關系。
引用這段標準：

    | An implementation might define a one-to-one correspondence
    | between abstract and actual semantics: at every sequence point,
    | the values of the actual objects would agree with those
    | specified by the abstract semantics. The keyword volatile would
    | then be redundant.

    這個 blog 比較像是立基於上面這種實作來批評。它假設實體的記憶體和
虛擬機器的記憶體之間有某種簡單的對應。但其實標準接著說...

    | Alternatively, an implementation might perform various optimi-
    | zations within each translation unit, such that the actual
    | semantics would agree with the abstract semantics only when
    | making function calls across translation unit boundaries. In
    | such an implementation, at the time of each function entry and
    | function return where the calling function and the called
    | function are in different translation units, the values of all
    | externally linked objects and of all objects accessible via
    | pointers therein would agree with the abstract semantics.
    | Furthermore, at the time of each such function entry the values
    | of the parameters of the called function and of all objects
    | accessible via pointers therein would agree with the abstract
    | semantics. In this type of implementation, objects referred to
    | by interrupt service routines activated by the signal function
    | would require explicit specification of volatile storage, as
    | well as other implementation-defined restrictions.

    所以實作有很大的彈性可以亂搞。實務上的問題（包括模糊的標準如何解
讀）可以參考這裡：

    http://www.gnu.org/software/autoconf/manual/html_node/Volatile-Objects.html
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/24 22:10)
※ 編輯: Favonia         來自: 140.112.30.39        (07/30 10:31)