如何解决为什么 Visual Studio 在没有优化的情况下可以正确编译此函数,但在优化时却编译错误?
我正在尝试使用类似 y 组合器的 lambda 包装(虽然我知道它们实际上并不是严格意义上的 y 组合器),但我遇到了一个非常奇怪的问题。我的代码在调试配置中完全按照我的预期运行(关闭优化),但跳过了发布中的大(而且很重要!)位(将它设置为 Optimizations (Favor Speed) (/Ox)
)。
请注意,lambda 函数的内部基本上无关紧要,它们只是为了确保它可以正确递归等。
// main.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#define uint unsigned int
// Defines a y-combinator-style thing to do recursive things. Includes a system where the lambda can declare itself to be obsolete.
// Yes,it's hacky and ugly. Don't worry about it,this is all just testing functionality.
template <class F>
class YCombinator {
public:
F m_f; // the lambda will be stored here
bool m_selfDestructing = false; //!< Whether the combinator will self-destruct should its lambda mark itself as no longer useful.
bool m_selfDestructTrigger = false; //!< Whether the combinator's lambda has marked itself as no longer useful.
// a forwarding operator:
template <class... Args>
decltype(auto) evaluate(Args&&... args) {
// Avoid storing return if we can,if (!m_selfDestructing) {
// Pass itself to m_f,then the arguments.
return m_f(*this,std::forward<Args>(args)...);
}
else {
// Pass itself to m_f,then the arguments.
auto r = m_f(*this,std::forward<Args>(args)...);
// self-destruct if necessary,allowing lamdas to delete themselves if they kNow they're no longer useful.
if (m_selfDestructTrigger) {
delete this;
}
return r;
}
}
};
template <class F> YCombinator(F,bool sd)->YCombinator<F>;
// Tests some instances.
int main() {
// Most basic test
auto a = YCombinator{
[](auto & self,uint in)->uint{
uint out = in;
for (uint i = 1u; i < in; ++i) {
out += self.evaluate(i);
}
return out;
},false
};
// Same as a,but checks it works as a pointer.
auto b = new YCombinator{
[](auto & self,uint in)->uint {
uint out = in;
for (uint i = 0u; i < in; ++i) {
out += self.evaluate(i);
}
return out;
},false
};
// c elided for simplicity
// Checks the self-deletion mechanism
auto d = new YCombinator{
[&a,b](auto & self,uint in)->uint {
std::cout << "Running d(" << in << ") [SD-" << self.m_selfDestructing << "]..." << std::endl;
uint outA = a.evaluate(in);
uint outB = b->evaluate(in);
if (outA == outB)
std::cout << "d(" << in << ") [SD-" << self.m_selfDestructing << "] confirmed both a and b produced the same output of " << outA << "." << std::endl;
self.m_selfDestructTrigger = true;
return outA;
},true
};
uint resultA = a.evaluate(4u);
std::cout << "Final result: a(4) = " << resultA << "." << std::endl << std::endl;
uint resultB = (*b).evaluate(5u);
std::cout << "Final result: b(5) = " << resultB << "." << std::endl << std::endl;
uint resultD = d->evaluate(2u);
std::cout << "Final result: d(2) = " << resultD << "." << std::endl << std::endl;
resultD = d->evaluate(2u);
std::cout << "Final result: d(2) = " << resultD << "." << std::endl << std::endl;
}
应该发生的是 d
的第一次评估工作正常,设置 d.m_selfDestructTrigger
,并导致其自身被删除。然后 d
的第二次评估应该会崩溃,因为 d
不再真正存在。这正是 Debug 配置中发生的情况。 (注意:正如@largest_prime_is_463035818 在下面指出的那样,它不应该像遇到未定义的行为那样崩溃。)
但在 Release 配置中,据我所知,evaluate
中的所有代码都被完全跳过,执行直接跳转到 lambda。显然,优化代码中的断点有点可疑,但这似乎是正在发生的事情。我试过重建项目,但没有骰子; VS 似乎对此非常坚持。
我疯了吗?有什么我错过了吗?或者这是VS(甚至编译器)中的实际错误?在确定这是代码问题还是工具问题方面的任何帮助将不胜感激。
注意:我使用的是 VS2019 16.8.3,使用 /std:c++ latest
功能集。
解决方法
未定义行为是一种非局部现象。如果您的程序遇到 UB,则意味着程序的行为整体是未定义的,而不仅仅是它做坏事的那一小部分。
因此,UB 有可能进行“时间旅行”,从而影响理论上应该在执行 UB 之前正确执行的代码。也就是说,在展示 UB 的程序中没有“正确”; either the program is correct,or it is incorrect。
能走多远取决于实现,但就标准而言,VS的行为与标准是一致的。
,问题
无论优化选项如何,您的代码中的 delete this
都会在两种情况下被调用。
if (m_selfDestructTrigger) {
delete this;
}
在您的代码中,“b”对象被删除,但随后您对其进行了“evaluate()”,这会导致访问冲突,因为您使用的是已经被释放的堆。
在我的情况下,它在发布和调试配置中都给出了访问冲突错误,但在您的情况下,由于以下原因,优化可能不会发生访问冲突。
可能有这样的情况,例如在您的情况下,使用释放的堆不会导致错误,并且您的印象是程序运行良好(与优化或发布配置一样),因为释放的堆没有被清除并保留旧对象。
这不是编译器错误,而是您删除对象的方式。
对象删除自己通常是一种不好的风格,因为您可能会引用已删除的对象,就像您的情况一样。有关于 whether objects should delete themselves 的讨论。
如果您注释“删除”行,您的代码将在没有访问冲突的情况下运行。如果您仍然怀疑它可能是编译器错误并且“执行直接跳转到 lambda”,则可以使用更简单的方法来调试应用程序。这种更简单的方法是避免“删除”并从您怀疑被编译器跳过的代码块中输出一些文本。
解决方案
您可以使用另一个编译器,特别是带有消毒剂的 clang,以确保它不是您正在使用的 Microsoft Visual Studio 编译器的错误。
例如使用:
clang++.exe -std=c++20 -fsanitize=address calc.cpp
并运行生成的可执行文件。
在此示例中,您的代码使用 "Address Sanitizer" 编译,这是此编译器支持的内存错误检测器。使用 various sanitizers 可以帮助您将来调试 C/C++ 程序。
你会得到这样的错误,表明你在释放堆后正在使用它:
=================================================================
==48820==ERROR: AddressSanitizer: heap-use-after-free on address 0x119409fa0380 at pc 0x7ff799c91d6c bp 0x004251cff720 sp 0x004251cff768
READ of size 1 at 0x119409fa0380 thread T0
#0 0x7ff799c91d6b in main+0xd6b (c:\calc\clang\calc.exe+0x140001d6b)
#1 0x7ff799c917de in main+0x7de (c:\calc\clang\calc.exe+0x1400017de)
#2 0x7ff799cf799f in __scrt_common_main_seh d:\agent\_work\63\s\src\vctools\crt\vcstartup\src\startup\exe_common.inl:288
#3 0x7ffe3cff53fd in BaseThreadInitThunk+0x1d (C:\WINDOWS\System32\KERNEL32.DLL+0x1800153fd)
#4 0x7ffe3ddc590a in RtlUserThreadStart+0x2a (C:\WINDOWS\SYSTEM32\ntdll.dll+0x18006590a)
0x119409fa0380 is located 16 bytes inside of 24-byte region [0x119409fa0370,0x119409fa0388)
freed by thread T0 here:
#0 0x7ff799cf6684 in operator delete C:\src\llvm_package_6923b0a7\llvm-project\compiler-rt\lib\asan\asan_new_delete.cpp:160
#1 0x7ff799c91ede in main+0xede (c:\calc\clang\calc.exe+0x140001ede)
#2 0x7ff799c916e4 in main+0x6e4 (c:\calc\clang\calc.exe+0x1400016e4)
#3 0x7ff799cf799f in __scrt_common_main_seh d:\agent\_work\63\s\src\vctools\crt\vcstartup\src\startup\exe_common.inl:288
#4 0x7ffe3cff53fd in BaseThreadInitThunk+0x1d (C:\WINDOWS\System32\KERNEL32.DLL+0x1800153fd)
#5 0x7ffe3ddc590a in RtlUserThreadStart+0x2a (C:\WINDOWS\SYSTEM32\ntdll.dll+0x18006590a)
证明
你也可以用下面的批处理文件比较一下用clang编译的和没有优化的两个版本的输出,发现它们产生的结果是一样的:
clang++ -std=c++20 -O3 -o calc-O3.exe calc.cpp
clang++ -std=c++20 -O0 -o calc-O0.exe calc.cpp
calc-O3.exe > calc-O3.txt
calc-O0.exe > calc-O0.txt
fc calc-O3.txt calc-O0.txt
它将给出以下内容:
Comparing files calc-O3.txt and calc-O0.txt
FC: no differences encountered
对于 Microsoft Visual Studio 编译器,请使用以下批处理文件:
cl.exe /std:c++latest /O2 /Fe:calc-O3.exe calc.cpp
cl.exe /std:c++latest /Od /Fe:calc-O0.exe calc.cpp
calc-O3.exe > calc-O3.txt
calc-O0.exe > calc-O0.txt
fc calc-O3.txt calc-O0.txt
它也会产生相同的结果,因此无论优化如何,代码都以相同的方式运行(而不是像您编写的那样“完全跳过评估中的所有代码”)——您可能由于优化而错误地调试了它。
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