带有负数组索引的g++ 4.8.5循环优化错误

Question

我怀疑我发现了一个g++优化错误，它与带有负索引的对象(structs)中的取消引用数组有关。

在下面的结构中，Node是在它前面有一个数组的结构(在我的实际代码中，它是一个Skip列表的节点，它的指针数量和数据包大小都是可变的，并且对底层的SkipList代码来说是未知的，因此决定将指针放在对象引用之前，而数据包放在对象之后很长时间)。

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

class Node {
public:
  unsigned int ptr[1]; // really an array going backwards
  long datum; // This seems to be necessary for the bug to surface                                                                                                                                       

};

class NodeList {
public:
  Node* hdr;
  NodeList() {
    void* p_v = malloc( sizeof(Node) + 32 * sizeof( unsigned int ) );
    hdr = (Node*)((char*)p_v + 32 * sizeof(unsigned int));
    hdr->ptr[-5]=100;
  }
  void setNodes() {
    int nn=0;
    while( rand() > 20 && nn<9 ) {
      nn++;
    }
    if( nn < 9 ) {
      nn = 9;
    }
    // It is a logical truth that nn = 9 here                                                                                                                                                            
    //nn = 9; // IF THIS IS UNCOMMENTED EVERYTHING WORKS!                                                                                                                                                
    std::cout << "nn=" << nn << " (should be 9) " << std::endl;
    int ctr = 0;
    for( int i=0; i<=nn; i++ ) {
       ctr++;
       hdr->ptr[-i]=0;
    }
    std::cout << "ctr was incremented " << ctr << " times (should be 10) and hdr->ptr[-5] = " << hdr->ptr[-5] << " (should be 0)\n";
  }
};

int main( int argc, char** argv ) {
    NodeList list;
    list.setNodes();
 }

预期输出ctr增加10倍，hdr->ptr-5为0.优化后的代码只需要循环一次(即不循环)，并将ptr->hdr-5保留为100。这是个窃听器。

-fno-咄咄逼人的循环优化似乎修复了它，但如果输出代码是正确的，显然会更好。

我把这个放在这里是为了(a)确认这是一个bug，因为我是这里的新手，这是我的第一个问题，(b)问任何熟悉gcc开发社区的人，该做些什么。我应该如何报告它，以及它是否在以后的版本中被修复)，和(c)允许那些在CentOS 7上经历过这个最令人沮丧和耗费时间的问题的人(或任何其他版本，4.8)看到他们已经从同病者那里感染了一个bug！

Answer 1

在这里，对于“数组”的含义，我们必须小心。数组是任何定义为

some_type arr[number];

但不是像

some_type*ptr = some_address;

负指数与正指数没有什么不同，ptr[n]被解释为*(ptr+n) (您甚至可以在C中使用n[ptr] )。因此，在索引时，使用指针算法。

无论如何实现，在C和C++中访问数组边界外的元素都是未定义的行为(UB)。例如

some_type arr[10];
some_type*ptr = arr+5;
some_type foo = ptr[-4];    // ok, access to arr[1]
some_type bar = ptr[-6];    // UB, out-of-bound access
some_type val = arr[-1];    // UB, out-of-bound access