在具有 AVX CPU 的 Intel 上使用 `g++ -march=native -g` 进行编译时出现 SIGSEGV

问题描述 投票：0回答：1

我在使用 g++14.2 及之前的版本时遇到问题。

当我使用 

g++ -march=native -g
编译程序时，二进制文件仅在具有 AVX 指令集的 Intel CPU 中创建 SIGSEGV。不在我的 ARM64 中，也不在 Core2Duo Intel 中。

当我使用 

g++ -g
编译程序时，二进制文件可以在任何平台上正常运行。

当我使用 

g++ -march=native -O3
编译程序时，二进制文件可以在任何平台上正常运行（优化代码？）。

SIGSEGV出现的地方，看起来是正确的。它就在从另一个成员函数调用成员函数之前。

SIGSEGV出现的汇编指令是：

=> 0x00007ff6074ea2b3 <+67>:    vmovdqa %ymm0,-0x40(%rbp)

但是（rbp-0x40）似乎没有与32字节对齐：

rbp            0x5fec10

我认为这是特定于编译器的。但我尝试将 

alignas(32)
应用于我的定义，例如：

alignas(32) band_matrix<const unsigned short*, 10, 2> res2{.....}

但无论如何，

rbp
都没有与 32 字节对齐。

我对我的程序进行了缩小，很多时候都可以工作（可能是当 rbp 正确对齐到 32 字节时），但很多时候会失败（没有输出）

#include <cstdint>
#include <iostream>

template<typename It>
struct container_view
{
    typedef typename It::reference reference;
    typedef std::remove_reference_t<reference> value_type;
    typedef const reference const_reference;

    constexpr container_view(It it, size_t s) noexcept : it(it), s(s) {}

    constexpr It begin() const noexcept { return it; }
    constexpr It end() const noexcept { return it + size(); }

    constexpr reference operator[](size_t i) noexcept { return *(it + i); }

    /// Size of container.
    constexpr size_t size() const noexcept { return s; }

private:
    It it;
    size_t s;
};


template<typename T, typename S = const size_t>
struct shifted_vector
{
    typedef std::remove_reference_t<T> vector_type;     ///< The type of vector.
    T vec;                                              ///< DenseVector of sequential non-zero elements.
    S offset;                                           ///< Offset of first non-zero element.
};


struct band_matrix_jump_iterator
{
    typedef short value_type;
    typedef short* pointer;
    typedef short& reference;

private:
    size_t b;   // matrix's bandwidth
    size_t v;   // matrix's column
    size_t e;   // matrix's column's element's index.
    pointer p;  // Pointer to current element.

public:

    constexpr band_matrix_jump_iterator(pointer p, size_t b, size_t v, size_t e) noexcept
        : b{b}, v{v}, e{e}, p{p} {}

    constexpr band_matrix_jump_iterator &operator++() noexcept { ++e; ++p; return *this; }
    constexpr band_matrix_jump_iterator &operator+=(ptrdiff_t i) noexcept { e += i; p += i; return *this; }
    constexpr band_matrix_jump_iterator operator+(ptrdiff_t i) const noexcept
        { band_matrix_jump_iterator t(*this); t += i; return t; }
    constexpr reference operator*() const noexcept { return *p; }
    constexpr bool operator==(const band_matrix_jump_iterator &it) const noexcept { return e == it.e; }
};


struct band_matrix
{
    typedef short value_type;
    typedef value_type* pointer;

    constexpr size_t columns() const noexcept { return 10; }

    size_t b;
    pointer elements;


//---------------------------------------------------------------- TYPEDEFS OF ITERATORS AND VECTORS


    typedef band_matrix_jump_iterator column_iterator;
    typedef shifted_vector<container_view<column_iterator>, const uint8_t> column_vector;



//--------------------------------------------------------------------------- CONSTRUCTORS / ASSIGNS

    constexpr band_matrix(size_t b) : b{b}, elements(new value_type[10]) {}
    constexpr ~band_matrix() noexcept { delete[] elements; }


//------------------------------------------ GET ROWS, COLUMNS, DIAGONAL AND CORRESPONDING ITERATORS


    /// Return a beginning iterator to column \c i vector.
    constexpr column_iterator column_begin(size_t i) noexcept
    { return column_iterator(elements + i, 0, i, 0); }


    /// Return a vector view of column \c i.
    constexpr column_vector column(size_t i) noexcept
    { return {typename column_vector::vector_type{column_begin(i), 1}, (uint8_t) i}; }
};




using namespace std;

int main()
{
    band_matrix m(0);
    for (size_t i = 0; i < 10; ++i) m.elements[i] = i;

    // checking columns
    for (size_t i = 0; i < m.columns(); ++i)
    {
        auto v = m.column(i);
        cout << (int) v.offset << ": { ";
        for (auto i : v.vec) cout << i << " ";
        cout << "}\n";
    }
}

这是一个 g++ bug 吗？我的代码（上面）有错误吗？ 有什么建议吗？ （当然第一个建议就是不要用

-march=native
）

更新

我的 CPU 是 Skylake 2016，我有一台配备 Ryzen 3 的笔记本电脑，并且具有：

  • -march=sandybridge -g
    效果很好
  • -march=native -g
    我有SIGSEGV
  • -march=skylake -g
    我有SIGSEGV
  • -march=haswell -g
    我有SIGSEGV
  • -mavx2 -mfma -mbmi -mbmi2 -mmovbe -mlzcnt -mpopcnt -mrdrnd -mf16c -g
    ，我认为-模仿
    -march=haswell -g
    ，它工作得很好。
  • 如果我删除 
    -g
    但没有放置 
    -O3
    SIGSEGV 也会出现，就像 
    -g
    一样，这似乎 
    -O3
    只是优化了一些代码。

更新：

用 clang++ 编译效果很好。这可能使它成为一个 g++ bug。

我的 g++（有问题）和 clang++（工作正常！）版本是：

Using built-in specs.
COLLECT_GCC=g++
COLLECT_LTO_WRAPPER=C:/Program\ Files/mingw64/bin/../libexec/gcc/x86_64-w64-mingw32/14.2.0/lto-wrapper.exe
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none
Target: x86_64-w64-mingw32
Configured with: ../configure --prefix=/R/winlibs_staging_ucrt64/inst_gcc-14.2.0/share/gcc --build=x86_64-w64-mingw32 --host=x86_64-w64-mingw32 --enable-offload-targets=nvptx-none --with-pkgversion='MinGW-W64 x86_64-ucrt-posix-seh, built by Brecht Sanders, r2' --with-tune=generic --enable-checking=release --enable-threads=posix --disable-sjlj-exceptions --disable-libunwind-exceptions --disable-serial-configure --disable-bootstrap --enable-host-shared --enable-plugin --disable-default-ssp --disable-rpath --disable-libstdcxx-debug --disable-version-specific-runtime-libs --with-stabs --disable-symvers --enable-languages=c,c++,fortran,lto,objc,obj-c++ --disable-gold --disable-nls --disable-stage1-checking --disable-win32-registry --disable-multilib --enable-ld --enable-libquadmath --enable-libada --enable-libssp --enable-libstdcxx --enable-lto --enable-fully-dynamic-string --enable-libgomp --enable-graphite --enable-mingw-wildcard --enable-libstdcxx-time --enable-libstdcxx-pch --with-mpc=/c/Prog/winlibs_staging_ucrt/custombuilt64 --with-mpfr=/c/Prog/winlibs_staging_ucrt/custombuilt64 --with-gmp=/c/Prog/winlibs_staging_ucrt/custombuilt64 --with-isl=/c/Prog/winlibs_staging_ucrt/custombuilt64 --disable-libstdcxx-backtrace --enable-install-libiberty --enable-__cxa_atexit --without-included-gettext --with-diagnostics-color=auto --enable-clocale=generic --with-libiconv --with-system-zlib --with-build-sysroot=/R/winlibs_staging_ucrt64/gcc-14.2.0/build_mingw/mingw-w64 CFLAGS='-D__USE_MINGW_ANSI_STDIO=0 -I/c/Prog/winlibs_staging_ucrt/custombuilt64/include/libdl-win32   -march=nocona -msahf -mtune=generic -O2 -Wno-error=format' CXXFLAGS='-D__USE_MINGW_ANSI_STDIO=0 -Wno-int-conversion  -march=nocona -msahf -mtune=generic -O2' LDFLAGS='-pthread -Wl,--no-insert-timestamp -Wl,--dynamicbase -Wl,--high-entropy-va -Wl,--nxcompat -Wl,--tsaware' LD=/c/Prog/winlibs_staging_ucrt/custombuilt64/share/binutils/bin/ld.exe
Thread model: posix
Supported LTO compression algorithms: zlib zstd
gcc version 14.2.0 (MinGW-W64 x86_64-ucrt-posix-seh, built by Brecht Sanders, r2)


(built by Brecht Sanders, r2) clang version 19.1.1
Target: x86_64-w64-windows-gnu
Thread model: posix
InstalledDir: C:/Program Files/mingw64/bin
c++ segmentation-fault
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我认为这是 GCC bug 54412，自 2012 年以来一直突出。它特定于 MinGW。

我在 godbolt 上使用 MinGW GCC 13.1.0 编译器和 

-std=c++20 -march=x86-64-v4
复制了这个。 您无法在 godbolt 上执行代码，但在 asm 的第 182 行，您可以看到一个 
vmovdqa [rbp-96], ymm0
，没有相关代码来对齐帧指针（ABI 仅保证具有 16 字节对齐）。

错误报告提到了一些可能的解决方法。 其中之一是 

-Wa,-muse-unaligned-vector-move
，它应该告诉汇编器将所有对齐的移动指令转换为未对齐的。 另一种方法是更改 
container_view
构造函数，以通过 const 引用获取其 
it
参数。 或者，当然，
-mno-avx2
。

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