C - gcc-7或更高版本中的0/0

Question

在数学上，0 / 0未定义。但是，在C编程中（特别是在ubuntu上的gcc编译器gcc-7.3.0），它产生的答案为1。我想知道原因。它是通过重复减法工作的吗？对于相同的代码，如果我使用n = 1 / n，我会得到一个浮点异常。但是，对于gcc-5.3.0，它会产生错误。

#include <stdio.h>

int main() {
    int n = 5;
    n = n - 5;
    switch (n) {
    case 0:
        printf("n= %d", n);
        n = n / n;
        printf("n calc= %d", n);
        break;
    case 5:
        printf("n=5");
        break;
    default:
        printf("n=1");
        break;
    }
    return 0;
}

Answer 1

除以零是C编程中未定义的行为（C116.5.5§6）。这意味着没有可预测的结果，也无法说明您的程序可能会做什么。

尝试理由为什么你得到“任何可能发生的事情”的特定结果并不是很有意义。它可能打印1，它可能打印42，它可能根本不打印。该程序可能会崩溃并烧毁。如果您运行程序两次，您可能会得到不同的结果。等等。

至于为什么不会出现编译器错误，编译器无法或不必查找或诊断运行时错误。程序员需要避免大多数未定义行为的情况。

如果使用纯整型常量表达式（如int x = 0/0;），一些好的编译器可能会发出警告，但同样不是编译器的工作就是找到这个bug。这是程序员的工作。因此，您应该养成在应用操作数之前始终检查/或%的右操作数是否为零的习惯。

Answer 2

允许编译器假定代码不会调用未定义的行为，并在优化代码时使用该假设。

对于任何值，除了n==0之外，表达式n/n的计算结果为1.由于在零中潜水是C中的未定义行为，编译器可以假设这种情况永远不会发生，即它可以假设n!=0。由于它可以假设，编译器可以用n/n的廉价常数值替换慢1。这可能与所讨论的代码有关。

当然，编译器不需要做出任何这样的假设，并且可能产生实际的划分。取决于执行代码的硬件，在被除零的情况下可能触发特定硬件信号（或异常）。我怀疑任何合理的编译器都会在此示例中为优化代码发出除法，因为除法非常慢，并且根据标准，常量1足够好。但是，它仍然可能在调试模式下产生实际划分。

在优化其他未定义的行为时会发生类似的事情，例如int溢出：

void f(int x)
{
   if (x > x + 1) 
       // executed only in case of overflow,
       // which is undefined behavior, 
       // and hence likely optimized out.
       overflow_error();
   ...

不要依赖未定义的行为 - 这是不可预测的。

Answer 3

从Godbolt's compiler explorer可以看出，gcc和clang优化n / n为n整数，以评估1没有任何警告。 gcc甚至在-O0执行此优化，而clang生成-O0的分区操作码，但-O1及以上的优化替代品。

0 / 0无论如何都有未定义的行为，因此如果n / n为零，n的任何行为都可以，包括评估1而没有可观察到的副作用。

如果你坚持，你可以将n限定为volatile，并且编译器可能会生成一个除法，因为gcc和clang在这种情况下都会这样做，但只要n被读取两次，它就不必。