变量的值随着不相关的代码而变化

Question

我几个小时以来一直在与错误作斗争。基本上，我对 main.c 中的 uint64_t 数组执行一些简单的位操作（无函数调用）。它在调试中的 gcc (Ubuntu)、MSVS2019 (Windows 10) 上正常工作， 但在 Release 中不正常。但是我的目标架构是 x64/Windows，所以我需要让它与 MSVS2019/Release 一起正常工作。除此之外，我很好奇问题的原因是什么。 None 个编译器显示错误或警告。

现在，一旦我将一个完全不相关的命令添加到循环中（注释 printf()），它就会正常工作。

...
int q = 5;
uint64_t a[32] = { 0 };
// a[] is filled with data
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 2) | 8;
    // printf("%i \n", i); // that's the line which makes it work
}
...

最初我认为我在 for() 循环之前的某个地方弄乱了堆栈，但我检查了很多次...没问题！

检查所有使用的变量是否已初始化
没有指针 returns 局部变量（在范围内）
数组索引（读取和写入）都在声明限制内（在范围内）

所有 Google/SE post 都解释了上述一些原因的主题 UB，但其中 none 适用于我的代码。此外，它在 MSVS2019/Debug 中有效，而 gcc 显示代码有效。

我错过了什么？

---更新（2021 年 8 月 24 日 12:00）---

我完全卡住了，因为添加 printf() 修改了结果并且 MSVS/Debug 有效。那么我该如何检查变量呢？！

@Lev M 在显示的 for() 循环前后有相当多的计算。这就是为什么我跳过了大部分代码，只展示了我可以影响代码正常工作的片段。我知道最终的结果应该是什么（就是一个uint64_t），而MSVS的Release版本是错误的。我还检查了 w/o for() 循环。它没有优化“离开”。如果我完全忽略它，结果又会不同。

@tstanisl 这只是一个 uint64_t 数字的问题。我知道输入A应该输出B.

@Steve Summit 这就是我 posted（有点绝望）的原因。我检查了所有方向，尽可能多地隔离代码，但是……没有未初始化的变量或数组越界。快把我逼疯了。

@Craig Estey 不幸的是代码非常广泛。我想知道......错误是否也出现在代码的一部分而不是运行?

@Eric Postpischil 同意！

@Nate Eldredge 我在 valgrind 上测试过（见下文）。

...
==13997== HEAP SUMMARY:
==13997==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==13997==   total heap usage: 1 allocs, 1 frees, 1,024 bytes allocated
==13997==
==13997== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==13997==
==13997== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)

--- 更新（2021 年 8 月 24 日 18:00）---

我找到了问题的原因（经过无数次尝试和错误），但还没有解决方案。我post更多的代码。

...
int q = 5;
uint64_t a[32] = { 0 };
// a[] is filled with data
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 2) | 8;
    // printf("%i \n", i); // that's the line which makes it work
}
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 3) | 3;
}
...

事实上，MSVS/Release 编译器是这样做的：

...
int q = 5;
uint64_t a[32] = { 0 };
// a[] is filled with data
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 2) | 8;
    a[q] = (a[q] << 3) | 3;
}
...

...这是不一样的。没见过这种东西！

如何强制编译器将 2 个 for() 循环分开？

Answer 1

总结：

MSVS/Release（默认解决方案属性）优化将更改此代码...

// Code 1
...
int q = 5;
uint64_t a[32];
// a[] is filled with data
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 2) | 8;
    // printf("%i \n", i); // that's the line which makes it work
}
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 3) | 3;
}
...

...进入下一个，和...

不一样

// Code 2
...
int q = 5;
uint64_t a[32];
// a[] is filled with data
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    a[q] = (a[q] << 2) | 8;
    a[q] = (a[q] << 3) | 3;
}
...

以上摘录略有简化，因为不限于常量 32 循环，而是保持可变 (% 8)。因此 64 位常量不能像用户评论的那样使用。

发现：

MSVS/Release - 失败
MSVS/Debug - 有效
gcc/Release - 有效
gcc/Debug - 有效

MSVS/Release 优化将两个 for() 循环（代码 1）合并为一个 for() 循环（代码 2）。

修复：

评论 printf() 提供了一个人为的修复，因为编译器看到了打印中间结果的要求。

另一种解决方法是对 a[].

使用类型限定符 volatile

问题的根源在于，MSVS 优化没有考虑索引 q 在两个循环中保持相同，这意味着第一个循环需要在第二个循环开始之前完成。

变量的值随着不相关的代码而变化

Value of variable changes with unrelated code

c

undefined-behavior

uint64