C 编译器是否可以假设布尔值的数值表示形式仅为 0 或 1，这是否会导致未定义的行为？

编译器优化和未定义行为：C 是否允许对布尔值进行某些假设？

简介

本文探讨了 C 标准是否允许编译器为 bool 假设某些数值表示以及这样的假设是否会导致程序崩溃等后果。

问题

程序员在序列化函数中使用未初始化的 bool 值时遇到程序崩溃将布尔值转换为字符串。令人惊讶的是，崩溃仅发生在使用启用了优化的特定编译器的特定平台上。

有问题的代码：

void Serialize(bool boolValue) {
    const char* whichString = boolValue ? "true" : "false";
    const size_t len = strlen(whichString);
    memcpy(destBuffer, whichString, len);
}

当使用 Clang 5.0.0 和优化执行代码时（ -O2），它可能会崩溃。出现此行为的原因是优化器推断字符串“true”和“false”的长度仅相差 1。它不计算实际长度，而是使用 boolValue 的值（假设该值是 0 或 1）。

const size_t len = strlen(whichString); // original code
const size_t len = 5 - boolValue;       // clang optimization

问题：标准注意事项

文章提出了问题：C 标准是否允许编译器假设 bool 只能有“0”或“1”的内部数字表示并以这种方式使用它？或者这是实现定义的行为的情况，其中实现假定其所有布尔值仅包含 0 或 1，并且任何其他值都是未定义的行为范围？

答案：标准一致性

根据作者的说法，ISO C 允许（但不要求）实现来实现这一点选择。 ISO C 未指定 bool 的内部表示是什么，允许实现做出自己的假设。

编译器优化行为

System V ABI： 对于使用 System V ABI 的平台（通常在 x86-64 系统上使用），布尔值传递给函数的参数由位模式表示：寄存器的低 8 位中 0 = false 和 1 = true。在内存中，bool 是 1 字节类型，必须具有整数值 0 或 1。

此 ABI 决策允许编译器利用优化，例如假设 bool 为 0 或 1 并按位执行操作而不是昂贵的类型转换。在提供的示例中，优化器利用此行为将 strlen(whichString) 优化为 5U - boolValue。

其他实现和假设：

虽然 System V ABI 被广泛使用，但其他实现可能会做出不同的假设。例如，他们可以认为 0 = false，任何非零值 = true。在这种情况下，编译器可能不会生成因未初始化的 bool 值而崩溃的代码，但它仍然可以被视为未定义的行为。

程序崩溃的危险

虽然 C 标准允许此类优化，但值得注意的是，遇到未定义行为的程序在其整个存在过程中都被视为完全未定义。这意味着即使在从未实际调用的函数中遇到未定义的行为，也可能会发生崩溃。

最佳实践和避免未定义的行为

编译器正在成为越来越积极地优化代码，根据他们对实现的内部理解来假设行为。对于程序员来说，避免依赖实现假设并确保他们的代码是有效的 C 语言而不假设它的行为像可移植汇编语言至关重要。

为了避免出现问题，程序员应该遵循以下最佳实践：

• 使用 -Wall 编译器标志来启用警告。
• 修复您生成的所有警告编译器。
• 请注意，有关未初始化变量的假设可能会导致程序崩溃。
• 考虑使用 Address Sanitizer 和 Memory Sanitizer 等工具来检测未初始化值的使用和潜在的未定义行为。

以上是C 编译器是否可以假设布尔值的数值表示形式仅为 0 或 1，这是否会导致未定义的行为？的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！