Question

例如，给出以下代码：

int f(int n)
{
    if (n < 0)
        return 0;
    n = n + 100;
    if (n < 0)
        return 0;
    return n;
}

假设您传入的数字非常接近整数溢出（小于100），编译器是否会生成会给您带来否定回报的代码？

以下是Simon Tatham的“The Descent to C”中关于这个问题的摘录：

“GNU C编译器（gcc）为此函数生成代码，如果传入（例如）最大表示能够'int'的值，则可返回负整数。因为编译器在第一个if语句之后知道n是正数，然后它假设不发生整数溢出，并使用该假设得出结论，在加法后n的值必须仍为正数，因此它完全删除第二个if语句并返回未选中的加法结果。 “

让我想知道C ++编译器中是否存在同样的问题，如果我不小心我的整数溢出检查不会被跳过。

Answer 1

简答

编译器是否肯定会优化您的示例中的检查，我们不能对所有情况说明，但我们可以使用godbolt interactive compiler使用以下代码对gcc 4.9进行测试（ see it live 的）：

int f(int n)
{
    if (n < 0) return 0;

    n = n + 100;

    if (n < 0) return 0;

    return n;
}

int f2(int n)
{
    if (n < 0) return 0;

    n = n + 100;

    return n;
}

我们看到它为两个版本生成了相同的代码，这意味着它确实在第二次检查时丢失了：

f(int):  
    leal    100(%rdi), %eax #, tmp88 
    testl   %edi, %edi  # n
    movl    $0, %edx    #, tmp89
    cmovs   %edx, %eax  # tmp88,, tmp89, D.2246
    ret
f2(int):
    leal    100(%rdi), %eax #, tmp88
    testl   %edi, %edi  # n
    movl    $0, %edx    #, tmp89 
    cmovs   %edx, %eax  # tmp88,, tmp89, D.2249
    ret

长答案

当您的代码展示undefined behavior或依赖于潜在的未定义行为（此示例中的有符号整数溢出）然后是，编译器可以进行假设并围绕它们进行优化。例如，它可以假设没有未定义的行为，因此根据该假设进行优化。最臭名昭着的例子可能是removal of a null check in the Linux kernel。代码如下：

struct foo *s = ...;
int x = s->f;
if (!s) return ERROR;
... use s ..

使用的逻辑是，由于s被解除引用，因此它不能是空指针，否则将是未定义的行为，因此它优化了if (!s)检查。相关文章说：

问题是第2行中s的取消引用允许编译器推断s不为null（如果指针为null则为函数未定义;编译器可以简单地忽略这种情况）。就这样第3行中的null check得到了静默优化，现在是内核如果攻击者可以找到一种方法来调用，则包含可利用的漏洞这段代码带有空指针。

这同样适用于C和C ++，它们都具有围绕未定义行为的类似语言。在这两种情况下，标准都告诉我们未定义行为的结果是不可预测的，尽管两种语言中具体未定义的结果可能不同。 draft C++ standard定义了未定义的行为，如下所示：

本国际标准没有要求的行为

并包含以下注释（强调我的）：

本国际标准可能会出现未定义的行为省略任何明确的行为定义或程序使用时错误的构造或错误的数据。 允许的未定义行为范围从完全忽略情况与不可预测结果，在翻译或程序执行期间表现记录的环境特征（有或没有发布诊断消息），终止翻译或执行（发出诊断消息）。很多错误程序结构不会产生未定义的行为;他们是需要被诊断出来。

C11标准草案有类似的语言。

正确的签名溢出检查

您的检查不是防止有符号整数溢出的正确方法，您需要在执行操作之前进行检查，如果导致溢出则不执行操作。 Cert有一个good reference关于如何防止各种操作的有符号整数溢出。对于添加案例，它建议如下：

#include <limits.h>

void f(signed int si_a, signed int si_b) {
  signed int sum;
  if (((si_b > 0) && (si_a > (INT_MAX - si_b))) ||
      ((si_b < 0) && (si_a < (INT_MIN - si_b)))) {
    /* Handle error */
  } else {
    sum = si_a + si_b;
  }

如果我们将这个代码插入到godbolt中，我们可以看到检查被省略了，这是我们期望的行为。

gcc是否会跳过此检查以查找有符号整数溢出？

1 个答案: