Программа странно ведет себя в онлайн-среде IDE

Я наткнулся на следующую программу на C ++ ( источник ):

#include <iostream>
int main()
{
    for (int i = 0; i < 300; i++)
        std::cout << i << " " << i * 12345678 << std::endl;
}

Это выглядит как простая программа и дает правильный вывод на моем локальном компьютере, то есть что-то вроде:

0 0
1 12345678
2 24691356
...
297 -628300930
298 -615955252
299 -603609574

Но в онлайн-IDE, таких как codechef , он дает следующий результат:

0 0
1 12345678
2 24691356
...
4167 -95167326
4168 -82821648
4169 -7047597

Почему forцикл не заканчивается на 300? Также эта программа всегда завершается 4169. Почему, 4169а не какую-то другую ценность?

Я предполагаю, что онлайн-компиляторы используют GCC или совместимый компилятор. Конечно, любой другой компилятор также может выполнять такую ​​же оптимизацию, но документация GCC хорошо объясняет, что он делает:

-faggressive-loop-optimizations

Этот параметр указывает оптимизатору цикла использовать языковые ограничения для получения границ количества итераций цикла. Это предполагает, что код цикла не вызывает неопределенное поведение, например, вызывая переполнение целого числа со знаком или доступ к массиву за пределами диапазона. Границы количества итераций цикла используются для управления развертыванием и отслаиванием цикла, а также оптимизацией теста выхода из цикла. Эта опция включена по умолчанию.

Эта опция просто позволяет делать предположения на основе случаев, когда UB доказано. Чтобы воспользоваться этими предположениями, может потребоваться включить другие оптимизации, например сворачивание констант.

Знаковое целочисленное переполнение имеет неопределенное поведение. Оптимизатор смог доказать, что любое значение iбольше 173 вызовет UB, и, поскольку он может предположить, что UB нет, он также может предположить, что iоно никогда не будет больше 173. Затем он может дополнительно доказать, что i < 300это всегда верно, и так что условие цикла можно оптимизировать.

Почему 4169, а не какое-то другое значение?

Эти сайты, вероятно, ограничивают количество выводимых строк (или символов, или байтов), которые они показывают, и имеют такое же ограничение.

«Неопределенное поведение не определено».(c)

Компилятор, используемый в codechef, похоже, использует следующую логику:

1. Неопределенного поведения не может быть.
2. i * 12345678переполняется и приводит к UB, если i > 173(при условии 32-битногоint ).
3. Таким образом, iникогда не может превышать173 .
4. Таким образом i < 300является лишним и может быть заменен на true.

Сам цикл кажется бесконечным. По-видимому, codechef просто останавливает программу через определенное время или обрезает вывод.

Вы вызываете поведение undefined, вероятно, на 174-й итерации внутри вашего forцикла, поскольку максимальное intзначение, вероятно, 2147483647еще не 174 * 123456789вычислено выражением, 2148147972которое является неопределенным поведением, поскольку нет целочисленного переполнения со знаком. Итак, вы наблюдаете эффекты UB, особенно с компилятором GCC с установленными флагами оптимизации в вашем случае. Скорее всего, компилятор предупредил бы вас об этом, выдав следующее предупреждение:

warning: iteration 174 invokes undefined behavior [-Waggressive-loop-optimizations]

Снимите -O2флажки оптимизации ( ), чтобы увидеть другие результаты.

Компилятор может предположить, что неопределенное поведение не произойдет, и, поскольку подписанное переполнение - это UB, он может предположить, что никогда i * 12345678 > INT_MAX, i <= INT_MAX / 12345678 < 300а следовательно, и удалить проверку i < 300.