使用 O3 解决表达式模板段错误

Question

在我的 gcc-4.8.1 上，我用两条命令编译了以下程序：

g++ -Wfatal-errors -std=c++11 -Wall -Werror test.cpp -o test -g
g++ -Wfatal-errors -std=c++11 -Wall -Werror test.cpp -o test -O3 -g

第一个可执行文件有预期的输出，但第二个有段错误。问题是很难调试，因为 -O3 对代码的干扰太多，以至于 -g 调试信息无法保留意义，因此 gdb 在翻译源代码中发生的事情时遇到了麻烦。所以，我开始插入打印语句。如我所料，打印语句改变了结果。使用调试打印，它工作得很好！

这是我的表达式模板来源：

//test.cpp
#include <vector>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>

using namespace std;

typedef vector<int> Valarray;

template<typename L, typename R>
struct BinOpPlus {
  const L& left;
  const R& right;

  BinOpPlus(const L& l, const R& r)
    : left(l), right(r)
  {}

  int operator[](int i) const { 
    int l = left[i];
    //cerr << "Left: " << l << endl; //uncomment to fix segfault
    int r = right[i];
    //cerr << "Right: " << r << endl; //uncomment to fix segfault
    return l + r;
  }
};

template<typename L, typename R>
BinOpPlus<L, R> operator+(const L& left, const R& right){
  return BinOpPlus<L, R>(left, right);
}

int main() {
  //int size = 10000000;
  int size = 10;
  Valarray v[3];
  for(int n=0; n<3; ++n){
    for(int i=0; i<size; ++i){
      int val = rand() % 100;
      v[n].push_back(val);
    }
  }

  auto out = v[0] + v[1] + v[2];

  int sum = 0;
  for(int i=0; i<size; ++i){
    cerr << "Checkpoint!" << endl;
    sum += out[i]; //segfaults here
    cerr << "Sum: " << sum << endl;
  }

  cout << "Sum: " << sum << endl;
  return 0;
}

-O3 给我一个 incorrect/unreliable 二进制文件已经很久了。我首先假设我在我的代码中做错了什么，但还不足以让 -O0 显示出来。有人知道我做错了什么吗？

Answer 1

这是预感。

行中

auto out = v[0] + v[1] + v[2];

你有临时对象。这可能会被 -O3 标志删除。我会尝试以下操作：

auto out1 = v[1] + v[2];
auto out = v[0] + out1;

Answer 2

在这一行

auto out = v[0] + v[1] + v[2];

out的类型是BinOpPlus< BinOpPlus<ValArray, ValArray>, Valarray>。由于您的 BinOpPlus 存储对其参数的引用，并且 BinOpPlus<ValArray,ValArray> 存在临时的，因此您具有未定义的行为。

通常像这样的表达式模板使用特征来决定如何存储它们的参数，这样你就可以通过引用存储实际对象（并假设用户不会搞砸）和其他 ET 按值存储（它们非常反正很小）。

同时使用 auto 算术 ET 至少被认为是有问题的，因为它很少产生预期的类型。出于这个原因，已经有一些提议引入一种 operator auto 来自定义 ET 中 auto 推导的类型。

Answer 3

更改代码以不在结构中使用引用成员。我相信当您在此处进行添加时，参考成员会使复制操作变得混乱：

auto out = v[0] + v[1] + v[2];

例如：

template<typename L, typename R>
struct BinOpPlus {
  const L left;
  const R right;

此更改工作正常。

此外，仅供参考，当使用 Visual Studio 2013 编译您的代码并带有完整警告 (/W4) 时，我们会收到此警告：

警告 C4512：'BinOpPlus'：无法生成赋值运算符。

就在那里，这表明任何复制都可能产生不良影响。

没有参考文献的好例子运行：http://ideone.com/JKxoDv

错误的实例运行参考文献：http://ideone.com/7oSoJB

使用 O3 解决表达式模板段错误

Befuddling Expression Template Segfault with O3

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