為什麼使用 GCC 在 x86 上有符號整數溢位會導致無限循環？

x86 上GCC 整數溢位導致無限循環

簡介
在下列程式碼片段中，整數使用以下程式碼GCC 的x86上的溢位意外地導致無限循環，而不是預期的包裝行為：

int i = 0x10000000;
do {
  i += i;
} while (i > 0);

分析
x86 CPU 上的整數算術通常遵循二進制補碼表示的環繞行為。然而，在上述程式碼中，有符號整數溢位導致程式進入無限循環。

問題
有符號整數溢位的未定義行為導致 x86 上出現不可預測的結果。 GCC 假設整數不會溢位並最佳化循環測試。因此，循環無限期地繼續下去。

觀察

• 無限循環僅在啟用最佳化 (-O2) 的情況下發生。
• 停用最佳化 (-O0) 會導致正確的行為。
• 其他變體(i *= 2) 也失敗，而 i

說明
當發生整數溢位時，CPU 的狀態標誌不會更新。假設沒有溢出，編譯器不會檢查標誌並繼續循環，導致無限循環。

解
為了確保所需的環繞行為，編譯器應使用標誌 -fwrapv。此標誌支援明確定義的整數溢位語義，但可能會對效能產生影響。

結論
有符號整數溢位是未定義的行為，可能會導致不可預測的結果。編譯器可能會基於沒有溢出的假設進行最佳化，從而導致意外的行為。使用 -fwrapv 可以強制環繞行為，但應權衡潛在的效能影響。

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