[閒聊] 關於C++的雷

[PkmX (阿貓)]

聽說最近大家在討論雷，我目前覺得最雷的應該就是這個了：

    int main() {
        while (true); // UB in C++11 or later
    }

是的，infinite loop 在 C++11 是 undefined behavior：

4.7.2 [intro.progress]

The implementation may assume that any thread will eventually do
one of the following:

 — terminate,
 — make a call to a library I/O function,
 — perform an access through a volatile glvalue, or
 — perform a synchronization operation or an atomic operation.

( 註：當標準說你可以 assume P 的時候，言下之意就是 not P 是 UB )

很明顯上面的 loop 不屬於這四個的其中一個


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於是國外就有無聊人士(?)造了一個例子用窮舉法找費式最後定理的反例，

理論上當然是找不到的，所以該 loop 應該是個無窮迴圈：

  #include <cstdint>
  #include <iostream>

  bool fermat() {
    constexpr int32_t MAX = 1000;
    int32_t a = 1, b = 1, c = 1;

    // Infinite loop
    while (true) {
      if (((a*a*a) == ((b*b*b)+(c*c*c))))
        return false;

      ++a;
      if (a > MAX) { a=1; ++b; }
      if (b > MAX) { b=1; ++c; }
      if (c > MAX) { c=1; }
    }

    return true;
  }

  int main() {
    if (!fermat())
      std::cout << "Fermat's Last Theorem has been disproved.";
    else
      std::cout << "Fermat's Last Theorem has not been disproved.";

    std::cout << std::endl;
  }

  $ clang++ -O2 test.cpp && ./a.out
  Fermat's Last Theorem has been disproved.


Oops.

( 如果用 -O0 或是 GCC 的確是會進入無窮迴圈 )

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那在 C 底下的行為是怎麼樣呢？C11 的標準如此說：

6.8.5 Iteration statements

6 An iteration statement whose controlling expression is not a constant
  expression (156) that performs no input/output operations, does not access
  volatile objects, and performs no synchronization or atomic operations
  in its body, controlling expression, or (in the case of for statement) its
  expression-3, may be assumed by the implementation to terminate. (157)

157) This is intended to allow compiler transformations such as removal of
     empty loops even when termination cannot be proven

while(1); 的 1 剛好是一個 constant expression ，所以這條不適用，

但是稍微修改一下變成 while(1,1); 多了 comma op 就不是 constant expression 了，

這樣的話 compiler 的確是可以把 while(1,1); 拿掉的

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同場加映，踩到 UB 的下場：

  #include <stdio.h>

  static void (*fp)(void);

  void kerker(void) {
    puts("rm -rf /");
  }

  void never_called(void) {
    fp = kerker;
  }

  int main(void) {
    fp();
    return 0;
  }

  $ clang test.c -O2 && ./a.out
  rm -rf /

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※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1506348868.A.0C3.html
推 freef1y3: 推推
→ james732: 同場加映我看不懂發生了什麼事 Q_Q
→ asilzheng: never_called有被呼叫到？？？
推 stucode: 同場加映是 null pointer dereference 的 UB 吧
推 LPH66: 我猜...因為 fp() 當 fp == NULL 時是 UB, 所以編譯器假設
→ LPH66: 寫 fp() 時 fp 非空, 那非空時其值為何我猜就偷看其他函式
當然也要剛好 fp 是 static 且它的 address 沒有被 escape 到 TU 之外，

註解裡面的寫法都會讓這個「最佳化」失效：https://godbolt.org/g/1uwjBQ

因為 fp 可能的值只有 { NULL, kerker }，而呼叫 NULL 是 UB，

所以編譯器可以直接認定 fp 一定是 kerker 然後直接 inline 進去

推 KAOKAOKAO: 同場加映參見：
→ KAOKAOKAO: Why undefined behavior may call a never-called func
→ KAOKAOKAO: google 就有
推 chuegou: 老師他偷看！
推 Caesar08:
※ 編輯: PkmX (140.113.193.217), 09/26/2017 01:31:30
推 LPH66: 所以我猜對了XD 果然是偷看之後最佳化掉了
推 firejox: 推推
推 Neisseria: 原 po 很專業，但沒事不會想這樣寫 XD
推 stucode: 推推，感謝說明還有關鍵字。
推 descent: 感謝分享
推 descent: clang++ -O2 根據什麼把 loop 消去?
推 shadow0326: 長知識
推 james732: 感謝說明，UB好可怕
推 Sidney0503: 這個有歡樂
推 splasky: 推
推 VictorTom: 雷爆了~~以前在UserMode塞while(true)等debugger欸.Orz
推 st1009: 加映執行是不是電腦會被刪光阿？
推 Lipraxde: 看到"rm -rf /"就怕怕 QwQ
→ dou0228: 同場加映的，平常就要養成習慣給初始值
→ kdjf: 等debugger就不會開太大的OPT吧,應該沒差(?)
推 yvb: 至少 P 大很有良心地給 puts() 而非 system() 來加映.
推 KoenigseggG:                      但還是嚇到人了XD
推 dou0228: 給 system() 就看看誰沒事愛用root 登入囉