在C语言中，一个（空）无限循环是未定义行为吗？

Question

在C语言中，像for (;;);这样的无限循环是否属于未定义行为？（在C++中是这样的。，但我不确定C语言是否也一样。）

- user541686

---

另请参阅：编译器是否允许消除无限循环？ - Shafik Yaghmour

Answer 1

不，C语言中的 for (;;) 语句的行为是被定义明确的。 N1570，该文件与官方2011 ISO C标准基本相同，在第6.8.5段第6个自然段中指出：

一个迭代语句，其控制表达式不是常量表达式，其在其体、控制表达式或（对于for语句）其expression-3中执行没有输入/输出操作，不访问易失性对象，并且在其body、controlling expression或（在情况下）期间执行没有同步或原子操作，可以假定由实现终止。

这句话带有两个脚注：

省略的控制表达式将被替换为非零常量，即常量表达式。

这意在允许编译器进行转换，例如删除空循环，即使不能证明终止。

第一个脚注明确了for (;;)的控制表达式被视为具有常量控制表达式的处理方式。

规则的要点是当编译器不能证明循环是否终止时允许优化。但如果控制表达式是常量，则编译器可以轻松地证明循环是否终止，因此不需要额外的允许。

- Keith Thompson

---

这个规则的目的是允许编译器在无法证明循环终止时进行优化。但是，如果控制表达式是常量，编译器可以轻松地证明循环是否终止。我同意这个观点，但是为什么在C++中while(1);会被视为未定义行为呢？难道不应该适用相同的推理吗？ - user541686

@Mehrdad：在我看来应该可以，但是C++标准并没有将常量控制表达式排除在规则的版本之外。 - Keith Thompson

只是为了确保理解所有这些意思：在C语言中，您可以编写一个程序，其中逻辑完全由信号处理程序实现，并使程序处于无限循环状态以等待事件。这听起来不像是某种非常聪明的实现方式，但我同意语言不应该禁止这样做。在C++中，这将被禁止吗？ - Jens Gustedt

Answer 2

针对C++的这个问题的原理与C无关。5.1.2.3p6节规定了优化的限制之一：

在程序终止时，写入文件的所有数据必须与根据抽象语义执行程序产生的结果相同。

现在问题变成了“根据抽象语义执行会产生什么数据？”假设一个信号中断了循环，程序可能会终止。然而，在此之前，抽象语义不会产生任何输出。如果有的话，编译器可能会优化掉puts("Hello");。

- autistic

---

澄清一下，考虑以下情况：一个仅包含空循环和 puts("Hello"); 的程序被编译并执行，使用 kill 发送信号让程序退出，程序通过从信号处理程序调用 exit 来优雅地退出。@Deduplicator，哪里有 UB？据我所知，信号中唯一的 UB 是如果程序从与计算错误对应的信号之一返回。然而，在这里不是这种情况，因为信号处理程序调用 exit，而不是返回。请确保你的事实准确无误。 - autistic

exit执行退出处理程序和其他一些事情，这些事情并不能保证完全正常工作。 - Deduplicator

@Deduplicator，你是在告诉我编译器可能无法优化掉puts("Hello");，因为其中一个atexit处理程序中可能存在未定义的行为吗？在atexit处理程序中出现未定义的行为的后果是...未定义的。这如何阻止此优化发生呢？ - autistic