C- gcc-7或更高的0/0

Question

从数学上讲，0 / 0是未定义的。但是，在C编程中(特别是gcc编译器gcc-7.3.0在ubuntu上)，它以1的形式给出了答案。我想知道原因。它是通过重复减法工作吗？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。然而，对于gcc-5.3.0，它会产生一个错误。

#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(C11 6.5.5§6)。这意味着没有可预测的结果，也不知道你的程序会做什么。

试着解释为什么你会得到“任何事情都可能发生”的特定结果，这并不是很有意义的。它可能打印1，它可能打印42，它可能什么都不打印。程序可能会崩溃和烧毁。如果您运行该程序两次，您可能会得到不同的结果。诸若此类。

至于为什么不能获得编译器错误，编译器不能或必须查找或诊断运行时错误。程序员需要避免出现大多数未定义行为的情况。

如果使用纯整数常量表达式(如int x = 0/0; )，一些优秀的编译器可能会发出警告，但编译器也不需要找到这个bug。这是程序员的工作。因此，在应用操作数之前，您应该养成始终检查/或%的正确操作数是否为零的习惯。

Answer 2

编译器可以假设代码不调用未定义的行为，并在优化代码时使用该假设。

对于除n==0以外的任何值，表达式n/n计算为1。因为在C中，零跳转是未定义的行为，所以编译器可以假设这种情况永远不会发生，也就是说，它可以假设n!=0。因为它可能假定，编译器可以用廉价的常量值1替换慢的1。这可能就是所讨论的代码发生的情况。

当然，编译器不需要做任何这样的假设，可能会生成一个实际的除法。根据执行代码的硬件，在这种除法为零的情况下，可能会触发特定的硬件信号(或异常)。在本例中，对于优化的代码，我怀疑任何合理的编译器都会发出除法，因为除法非常慢，而且按照标准，常量1足够好。但是，它仍然有可能在调试模式下产生实际的分割。

在优化其他未定义的行为(如int溢出)时，也会发生类似的情况：

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

在戈德波特的编译器探险家上可以看到，gcc和clang都对n整数的n / n进行优化，以便在没有任何警告的情况下计算为1。gcc在-O0执行这种优化甚至，而clang为-O0生成除法操作码，但为-O1和更高级别生成优化的备选方案。

0 / 0无论如何都有未定义的行为，因此n / n的任何行为都是可以的，如果n为零，包括对1的评估，没有明显的副作用。

如果坚持，您可以将n限定为volatile，编译器可能会生成一个除法，就像在本例中gcc和clang所做的那样，但是只要n被读取两次，它就不必这样做。