C代码产生未定义的结果，编译器生成无效的代码（使用-O3）

Question

我知道在C程序中执行某些操作时，结果是未定义的。但是，编译器不应该生成无效（机器）代码，对吗？如果代码做错了事或生成段错误之类的东西，那倒是合理的...

这是否符合编译器规范，还是编译器的一个漏洞？

这是我使用的（简单的）程序：

int main() {
    char *ptr = 0;
    *(ptr) = 0;
}

我正在使用-O3进行编译。但这不会生成无效的硬件指令，对吧？如果使用-O0，运行代码时我会遇到段错误。那样似乎更加合理。

编辑：它正在生成一个ud2指令...

- fwenom

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UB 意味着一切都不确定，理智早已被抛弃，没有任何抱怨的基础留下了！ - Deduplicator

可能是[未定义、未指定和实现定义行为]的重复问题。 (https://dev59.com/63E95IYBdhLWcg3wPbZ7) - Deduplicator

在编译器“知道”存在未定义行为的情况下，生成一个只会使应用程序崩溃的指令是绝对可以接受的，甚至可以说是最安全的做法。 - gnasher729

这并不是生成无效指令，而是生成一个有效指令，其效果是触发一个无效操作码异常。这会给你造成任何问题吗？ - Keith Thompson

正如我在答案中所述，这是有效的指令，编译器在某些方面是有帮助的，因为长时间忽略一个严重的问题可能会更糟糕。 - Shafik Yaghmour

Answer 1

ud2指令是一个"有效指令"，代表未定义指令，并生成无效操作码异常。当程序调用未定义行为时，clang和显然gcc可以生成此代码。

从上面的clang链接中，解释了其原因如下:

将存储为 null 和通过 null 指针调用的内容转换为 __builtin_trap() 调用（在 x86 上转换为像 "ud2" 的陷阱指令）。这些在优化代码中经常发生（作为内联和常量传播等其他转换的结果），我们曾经只是删除包含它们的块，因为它们“显然是无法到达的”。虽然从严谨的语言律师的角度来看，这是严格正确的，但我们很快发现人们偶尔会引用空指针，并且让代码执行跳转到下一个函数的顶部使问题非常难以理解。从性能的角度来看，暴露这些的最重要方面是压缩下游代码。因此，Clang 将这些转换为运行时陷阱：如果其中一个实际上被动态地到达，则程序立即停止并可以进行调试。这样做的缺点是，我们通过拥有这些操作并具有控制其谓词的条件来略微膨胀代码。

一旦您调用未定义行为，程序的行为就是不可预测的。这里的哲学是：最好彻底崩溃并向开发人员指示出严重错误，并允许他们从正确的位置进行调试，而不是产生似乎正常工作但实际上已经损坏的程序。

正如Ruslan所指出的那样，“有效”是指它保证引发无效操作码异常，而不是其他未使用的序列，这些序列在将来可能变为有效。

- Shafik Yaghmour

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“ud2”和“dw 0xffff”一样有效。使它“有效”的唯一原因是，它保证始终无效，而其他无效的字节序列可以被视为保留，并且可能在未来的CPU实现中变得有效。 - Ruslan