C++ 中的整数溢出有多灾难性？

Question

我只是想知道整数溢出到底有多灾难性。以下面的示例程序为例：

#include <iostream>

int main()
{
    int a = 46341;
    int b = a * a;
    std::cout << "hello world\n";
}

由于 a * a 在 32 位平台上溢出，并且整数溢出会触发未定义的行为，我是否能保证 hello world 实际上会出现在我的屏幕上？

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我根据以下标准引用从问题中删除了“签名”部分：

(§5/5 C++03, §5/4 C++11) 如果在计算表达式期间，结果未在数学上定义或不在其类型的可表示值范围内，则行为未定义。

(§3.9.1/4) 无符号整数，声明为unsigned，应遵循算术模 2^n 的法则，其中 n 是该特定大小的值表示中的位数整数。这意味着无符号算术不会溢出，因为无法由生成的无符号整数类型表示的结果会以比生成的无符号整数可以表示的最大值大一的数为模进行缩减类型。

Answer 1

正如 @Xeo 在评论中指出的那样（我实际上首先在 C++ 聊天 中提出了它）：

未定义的行为确实意味着它，它可能会在您最意想不到的时候袭击您。

最好的例子在这里：为什么使用 GCC 在 x86 上整数溢出会导致无限循环？

在 x86 上，有符号整数溢出只是一个简单的环绕。所以通常情况下，您会期望在 C 或 C++ 中发生同样的事情。但是，编译器可以进行干预，并使用未定义的行为作为优化的机会。

在该问题的示例中：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int i = 0x10000000;

    int c = 0;
    do{
        c++;
        i += i;
        cout << i << endl;
    }while (i > 0);

    cout << c << endl;
    return 0;
}

当使用 GCC 编译时，GCC 优化循环测试并使之成为无限循环。

Answer 2

您可能会触发一些硬件安全功能。所以不，你没有任何保证。

编辑：
请注意，gcc 有 -ftrapv 选项（但它似乎对我不起作用）。

Answer 3

关于未定义行为有两种观点。有人认为它是为了收集奇怪的硬件和其他特殊情况，但通常它应该表现得正常。有人认为任何事情都有可能发生。根据 UB 的来源，有些人持有不同的观点。

虽然关于溢出的 UB 可能是为了考虑到溢出或饱和的硬件以及表示之间的结果差异而引入的，因此在这种情况下人们可以争论第一种观点，但编写优化器的人非常坚持这样的观点：如果标准不能保证某些事情，那么任何事情都可能发生，他们会尝试使用每一个自由来生成运行速度更快的机器代码，即使结果不再有意义。

因此，当您看到未定义的行为时，请假设任何事情都可能发生，无论给定的行为看起来多么合理。